Die Bezeichnung Ladungsverstärker ist streng genommen nicht ganz korrekt, hat sich aber international durchgesetzt. Ein LV wird z.B. dazu benutzt, um bei einem Kraftaufnehmer mit Piezoelement die erzeugte Ladung in eine Spannung umzusetzen. Also eigentlich ein invertierender Ladungs-Spannungs-Umsetzer, was reichlich sperrig klingt.
Die erzeugte spezifische Ladung eines Kraftaufnehmers (auch Empfindlichkeit genannt) ist kraftproportional und beträgt typischerweise ca.
q = -4,2 pC/N
Wobei einige Keramikwerkstoffe deutlich größere Werte aufweisen können.
Für eine Kraft F gilt
Q = F * q
Diese Ladung wird in eine Spannung umgesetzt
U = Q/C (hier C1)
Je nach Geschwindigkeit und zu ladender Kapaziät können beachtlich Ströme auftreten
i = dQ/dt
was schaltungstechnisch zu berücksichtigen wäre (evtl. Buffer hinter dem OP, Schalter).
Die untere Grenzfrequenz bestimmt sich zu
fu = 1 / ( 2 pi C1 R4 )
und die obere (für ideale OP) zu
fo = 1 / (2 pi C2 R6)
In der Beispiel - Schaltung fliesst ein Strom von 5 mA 10 µs lang, das entspricht einer Ladung von -50 nC, was eine Kraft von ca. 12 kN dem Piezo entlocken würde.
U = 50 nC / 4,7 nF = 10,6 V
fo = 3,4 mHz
fu = 795 kHz (ohne OP, da könnte man R6 nochmal etwas vergrössern)
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Leider ist das alles sehr viel leichter gesagt als getan, es gibt eine Menge bei der Dimensionierung, der Bauteileauswahl und dem Bau zu beachten. Aber das kriegt ihr selbst raus.
Die erzeugte spezifische Ladung eines Kraftaufnehmers (auch Empfindlichkeit genannt) ist kraftproportional und beträgt typischerweise ca.
q = -4,2 pC/N
Wobei einige Keramikwerkstoffe deutlich größere Werte aufweisen können.
Für eine Kraft F gilt
Q = F * q
Diese Ladung wird in eine Spannung umgesetzt
U = Q/C (hier C1)
Je nach Geschwindigkeit und zu ladender Kapaziät können beachtlich Ströme auftreten
i = dQ/dt
was schaltungstechnisch zu berücksichtigen wäre (evtl. Buffer hinter dem OP, Schalter).
Die untere Grenzfrequenz bestimmt sich zu
fu = 1 / ( 2 pi C1 R4 )
und die obere (für ideale OP) zu
fo = 1 / (2 pi C2 R6)
In der Beispiel - Schaltung fliesst ein Strom von 5 mA 10 µs lang, das entspricht einer Ladung von -50 nC, was eine Kraft von ca. 12 kN dem Piezo entlocken würde.
U = 50 nC / 4,7 nF = 10,6 V
fo = 3,4 mHz
fu = 795 kHz (ohne OP, da könnte man R6 nochmal etwas vergrössern)
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Leider ist das alles sehr viel leichter gesagt als getan, es gibt eine Menge bei der Dimensionierung, der Bauteileauswahl und dem Bau zu beachten. Aber das kriegt ihr selbst raus.
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