電荷増幅器
一般的な応用としては、トランスデューサからの電荷出力が電圧を変換する圧電センサとフォトダイオードの信号増幅などがある。
電荷増幅器は比例計数管やシンチレーションカウンタなどの電離放射線を測定する機器に広く使われている。これらの機器は、電離現象による放射線を検出し、その各パルスのエネルギーを測定しなければならない。検出器からの電荷パルスを積分することにより、入力パルスエネルギーをピーク電圧出力に変換し、各パルスごとに測定することが可能になる。普通、これはその後、識別回路もしくはマルチチャネル分析器に送られる。
電荷増幅器はCCD撮像素子やフラットパネル X線検出器配列の読み出し回路にも使われている。 ピクセル内のキャパシタに蓄積された非常に小さな電荷を、簡単に処理できる電圧レベルに変換することができる。
電荷増幅器の利点はいろいろとある。
数分間続くピエゾの定圧などの特定の状況での準静的測定を可能にする
ピエゾ素子のトランスデューサは、内部に電子機器を持つものよりもはるかに暑い環境で使用できる
利得がフィードバックのキャパシタにのみ依存する。電圧増幅器の場合は増幅器の入力容量とケーブルの並列容量に大きく影響を受けてしまう。
i 1 = i F {\displaystyle i_{\text{1}}=i_{\text{F}}}
となる。さらに、キャパシタは下式に示される電圧電流関係を持っている。
I C = C d V c d t {\displaystyle I_{\text{C}}=C{\frac {dV_{\text{c}}}{dt}}}
これに適切な変数を代入すると
v in − v 2 R 1 = C F d ( v 2 − v o ) d t {\displaystyle {\frac {v_{\text{in}}-v_{\text{2}}}{R_{\text{1}}}}=C_{\text{F}}{\frac {d(v_{\text{2}}-v_{\text{o}})}{dt}}}
v 2 = v 1 = 0 {\displaystyle v_{2}=v_{1}=0} であるので
v in R 1 = − C F d v o d t {\displaystyle {\frac {v_{\text{in}}}{R_{\text{1}}}}=-C_{\text{F}}{\frac {dv_{\text{o}}}{dt}}}