amplificador de carga

Un amplificador de carga es un integrador de corriente electrónico que produce una tensión de salida proporcional al valor integrado de la corriente de entrada, o a la carga total inyectada.

El amplificador compensa la corriente de entrada mediante un condensador de referencia de retroalimentación y genera una tensión de salida inversamente proporcional al valor de dicho condensador, pero proporcional a la carga total de entrada que fluye durante el período de tiempo especificado. Por lo tanto, el circuito actúa como un convertidor de carga a tensión. La ganancia del circuito depende de los valores del condensador de retroalimentación.

El amplificador de carga fue inventado por Walter Kistler en 1950.

Los amplificadores de carga se construyen generalmente utilizando un amplificador operacional u otro circuito semiconductor de alta ganancia con un condensador de retroalimentación negativa C _f .

En el nodo inversor fluyen la señal de carga de entrada q _in y la carga de retroalimentación q _f de la salida. Según las leyes de circuitos de Kirchhoff, se compensan mutuamente.

${\displaystyle q_{in}=-q_{f}}$.

La carga de entrada y la tensión de salida son proporcionales con signo invertido. El condensador de retroalimentación C _f determina la amplificación.

${\displaystyle v_{out}={\frac {q_{f}}{C_{f}}}=-{\frac {q_{in}}{C_{f}}}}$

La impedancia de entrada del circuito es casi cero debido al efecto Miller . Por lo tanto, todas las capacitancias parásitas (la capacitancia del cable, la capacitancia de entrada del amplificador, etc.) están prácticamente conectadas a tierra y no influyen en la señal de salida. ^{[ 1 ]}

La resistencia de retroalimentación R _f descarga el condensador. Sin R _f, la ganancia de CC sería muy alta, de modo que incluso la pequeña corriente de offset de entrada de CC del amplificador operacional aparecería muy amplificada en la salida. R _f y C _f establecen el límite inferior de frecuencia del amplificador de carga.

${\displaystyle f_{l}={\frac {1}{2\pi R_{f}C_{f}}}}$

Debido a los efectos de corriente continua descritos y a las resistencias de aislamiento finitas en los amplificadores de carga prácticos, el circuito no es adecuado para la medición de cargas estáticas. Sin embargo, los amplificadores de carga de alta calidad permiten realizar mediciones cuasiestáticas a frecuencias inferiores a 0,1 Hz. Algunos fabricantes también utilizan un interruptor de reinicio en lugar de R _f para descargar manualmente C _f antes de la medición.

Los amplificadores de carga prácticos suelen incluir etapas adicionales como amplificadores de voltaje, ajuste de sensibilidad del transductor, filtros de paso alto y bajo, integradores y circuitos de monitoreo de nivel.

Las señales de carga en la entrada de un amplificador de carga pueden ser tan bajas como unos pocos fC (FemtoCoulomb = 10⁻¹⁵ ^C ). Un efecto parásito de los cables coaxiales de sensores comunes es un desplazamiento de carga cuando el cable se dobla. Incluso un ligero movimiento del cable puede producir señales de carga considerables que no se pueden distinguir de la señal del sensor. Se han desarrollado cables especiales de bajo ruido con un revestimiento conductor en el aislamiento interno para minimizar estos efectos.

Entre las aplicaciones más comunes se incluye la amplificación de señales procedentes de dispositivos como sensores piezoeléctricos y fotodiodos , en los que la carga que emite el dispositivo se convierte en un voltaje.

Los amplificadores de carga también se utilizan ampliamente en instrumentos que miden radiación ionizante , como el contador proporcional o el contador de centelleo , donde se debe medir la energía de cada pulso de radiación detectada debido a un evento ionizante. La integración de los pulsos de carga del detector permite convertir la energía del pulso de entrada en una tensión de pico de salida, que luego se puede medir para cada pulso. Normalmente, esta señal se envía a circuitos de discriminación o a un analizador multicanal .

Otras aplicaciones se encuentran en los circuitos de lectura de sensores CCD y en los detectores de rayos X de panel plano . El amplificador es capaz de convertir la pequeña carga almacenada en un condensador integrado en el píxel a un nivel de voltaje fácilmente procesable. Algunos amplificadores de pastillas de guitarra también utilizan amplificadores de carga.

Las ventajas de los amplificadores de carga incluyen:

• Permite realizar mediciones cuasiestáticas en ciertas situaciones, como presiones constantes sobre un piezoeléctrico durante varios minutos ^{[ 2 ].}
• Los transductores piezoeléctricos con salida de carga y amplificadores de carga externos se pueden utilizar a temperaturas más altas que aquellos con electrónica interna ^{[ 2 ].}
• La ganancia depende únicamente del condensador de retroalimentación, a diferencia de los amplificadores de voltaje, que se ven muy afectados por la capacitancia de entrada del amplificador y la capacitancia paralela del cable ^{[ 2 ] [ 3 ].}

• Obtención de impedancia virtual cero mediante la aplicación del teorema de Miller.
• Amplificador de transferencia de carga

• Circuitos de interfaz para película de fluoruro de polivinilideno
• Diagrama esquemático
• Tutorial sobre acondicionadores de señal piezoeléctricos