Amplificateur de charge HQA pour diapason à quartz

Le HQA-15M-10T convient aux capteurs qui génèrent une charge alternative et nécessitent une sortie proportionnelle à cette charge. Un amplificateur transimpédance, en revanche, fournit une sortie proportionnelle au courant, c’est-à-dire à la dérivée temporelle de la charge. Cette architecture d’amplificateur de charge intègre le courant d’entrée et assure une conversion fixe de 10 V/pC sur une plage de fonctionnement de 250 Hz à 15 MHz. Elle est conçue pour les signaux sinusoïdaux issus de sources telles que les diapasons en quartz, les détecteurs piézoélectriques et les résonateurs longitudinaux. Une autre architecture d’entrée doit être envisagée lorsque la source produit un courant continu ou présente une composante continue moyenne.

Non, l’entrée est conçue pour des sources de charge en courant alternatif qui ne présentent aucune composante continue moyenne. Avec une forme d’onde symétrique, les charges positives et négatives alternent, de sorte que la charge nette accumulée revient vers zéro, ce qui élimine la nécessité d’un mécanisme de réinitialisation. La résistance d’entrée de 1 GΩ aide à éviter l’accumulation de charges statiques, mais elle ne rend pas l’amplificateur adapté à un courant continu permanent. Une composante continue persistante peut saturer l’étage d’intégration et empêcher toute mesure linéaire. Les ingénieurs doivent donc vérifier l’offset et le comportement de fuite du capteur avant de choisir cet amplificateur.

Pour un fonctionnement normal, la capacité combinée du capteur et du câble d’entrée doit rester inférieure à 1 nF. La fréquence de coupure supérieure typique de 15 MHz est spécifiée pour une capacité de source ne dépassant pas 100 pF ; des valeurs plus élevées peuvent donc réduire la bande passante exploitable. À 1 MHz, le bruit de charge d’entrée passe de 40 × 10⁻²¹ C/√Hz avec une entrée ouverte à 90 × 10⁻²¹ C/√Hz à 100 pF. Dans les mêmes conditions, le bruit de courant d’entrée équivalent augmente également de 250 fA/√Hz à 570 fA/√Hz. Placer l’amplificateur au plus près du capteur et maintenir un câble d’entrée court permet donc de réduire le bruit et d’obtenir une réponse en fréquence plus prévisible.

Avec une charge de sortie à haute impédance, multipliez la charge d’entrée en picocoulombs par le gain fixe de 10 V/pC. Par exemple, un signal d’entrée de 0,2 pC crête à crête produit une sortie nominale de 2 V crête à crête. La charge d’entrée maximale spécifiée de 1 pC crête à crête correspond nominalement à la limite de sortie linéaire de 10 V crête à crête lorsque la charge est d’au moins 100 kΩ. La précision du gain est de ±3 % ; dans une conception pratique, il convient donc de conserver une marge supplémentaire pour les tolérances du capteur et les pics transitoires. Une charge de 50 Ω limite l’excursion de sortie disponible à 5 V crête à crête et ne doit pas être utilisée lorsque toute la plage de sortie est requise.

Un récepteur à haute impédance d’au moins 100 kΩ est nécessaire lorsque la plage de sortie complète de 10 V crête à crête et le gain de charge spécifié sont requis. Bien que l’amplificateur présente une impédance de sortie de 50 Ω, une charge de 50 Ω réduit la plage de sortie disponible à 5 V crête à crête. Un câble coaxial de 50 Ω peut néanmoins être utilisé tant que l’oscilloscope, le numériseur ou l’entrée d’acquisition reste en mode haute impédance. L’impédance du câble et la terminaison du récepteur doivent donc être considérées comme deux choix de conception distincts. La capacité de court-circuit de 100 mA offre une protection, mais ne doit pas être considérée comme une condition normale de fonctionnement continu.

L’amplificateur nécessite une alimentation bipolaire régulée de ±15 V, avec une plage de fonctionnement admissible de ±14,5 V à ±16,5 V. Son courant consommé spécifié est de ±35 mA selon les conditions de fonctionnement, tandis qu’une alimentation capable de fournir au moins ±100 mA est recommandée. La connexion d’alimentation 3 broches attribue le +15 V à la broche 1, le −15 V à la broche 2 et la masse à la broche 3. Un temps de préchauffage de 20 minutes est utilisé pour les conditions d’essai spécifiées, bien qu’un minimum de 10 minutes soit recommandé avant toute mesure. La valeur maximale absolue de ±18 V constitue une limite de protection et ne doit pas être utilisée comme tension d’alimentation normale.

La valeur annoncée de bruit de charge d’entrée de 40 × 10⁻²¹ C/√Hz est une densité spectrale mesurée à 1 MHz avec une entrée ouverte, et non une charge minimale détectable fixe. La résolution pratique dépend de la bande passante de mesure, de la capacité de la source, du comportement du câble et du bruit introduit par le capteur et l’électronique en aval. Le raccordement de 100 pF porte la densité de bruit de charge à 90 × 10⁻²¹ C/√Hz et le bruit de sortie typique de 1,5 mV RMS à 4,6 mV RMS dans les conditions indiquées. Les valeurs de bruit de sortie sont données pour une bande passante de mesure de 200 MHz et une charge d’au moins 1 MΩ. Réduire la bande passante de mesure en aval et maîtriser la capacité d’entrée peut permettre d’abaisser le niveau de bruit intégré.

L’unité est spécifiée pour un fonctionnement de 0 °C à +40 °C et un stockage de −40 °C à +85 °C. Son boîtier de 94 × 51 × 27 mm pèse 200 g et est réalisé en alliage d’aluminium AlMg4.5Mn nickelé. Des embases BNC femelles sont prévues pour l’entrée et la sortie, tandis que l’alimentation est fournie via un connecteur 3 broches séparé. Le boîtier compact peut être installé près de la source de charge, ce qui contribue à réduire la longueur du câble d’entrée et la capacité associée. La conception doit également empêcher que l’entrée dépasse 20 V crête à crête et maintenir l’alimentation en dessous de la valeur maximale absolue de ±18 V.