一、前言

傳感器在智能電網(wǎng)、工業(yè)自動化、醫(yī)療影像等領(lǐng)域扮演著“神經(jīng)末梢”的角色。隨著被測場強(qiáng)向高電壓、高功率、高頻段演進(jìn)，傳統(tǒng)信號源已難以同時(shí)滿足“高場激勵”與“信號保真”兩大需求。高壓放大器憑借高電壓擺幅、寬帶寬、低失真等優(yōu)勢，正在成為傳感器實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場測試的核心賦能設(shè)備。

圖：ATA-7050高壓放大器在電場傳感器測試中的應(yīng)用

二、高場激勵：從“量”到“質(zhì)”的跨越

高場需求場景

?絕緣材料局放試驗(yàn)：需要輸出數(shù)十千伏、快速上升沿的脈沖，模擬極端應(yīng)力。

?壓電超聲傳感器：要求數(shù)百伏、兆赫級連續(xù)波，激發(fā)大功率超聲波。

?MEMS電場傳感器：需千伏級直流偏置疊加交流掃頻，以評估漂移與靈敏度。

高壓放大器的關(guān)鍵指標(biāo)

?高電壓擺幅：現(xiàn)有商用模塊可達(dá)40kVpp，滿足絕緣、壓電、MEMS等多類傳感器。

?高電流驅(qū)動：40mA持續(xù)輸出，可驅(qū)動容性負(fù)載而不塌陷。

?寬帶寬：確保脈沖前沿不失真；更高頻段型號支持UHF局放檢測。

圖：ATA-7020高壓放大器在傳感器基本傳感特性研究中的應(yīng)用

三、信號保真：弱信號檢測的“倍增器”

微弱信號挑戰(zhàn)

在局部放電（PD）測試、壓電阻抗測量等場景，傳感器回采信號低至μV乃至nV級，極易被工頻、開關(guān)噪聲淹沒。高壓放大器不僅作為激勵源，更可作為前端增益單元，實(shí)現(xiàn)“激勵-檢測”一體化。

保真技術(shù)路徑

?超低噪聲前端：輸入噪聲密度<2nV/√Hz，確保PD脈沖不失真。

?線性度優(yōu)化：THD<0.01%，避免諧波遮蔽真實(shí)放電譜。

?四線制開爾文傳感：放大器內(nèi)置Sense端，實(shí)時(shí)補(bǔ)償電纜壓降，使傳感器端電壓與設(shè)定值一致。

?可編程阻尼匹配：針對容性、感性負(fù)載自動調(diào)整輸出阻抗，消除振鈴。

圖：ATA-7020高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

四、典型應(yīng)用流程

（1）阻抗掃描：利用HVA內(nèi)置LCR表功能，對傳感器做全頻段阻抗測繪，為后續(xù)激勵參數(shù)設(shè)定提供依據(jù)。

（2）高場激勵：在-40℃~+85℃溫度箱內(nèi)，以1kV/s步進(jìn)升至目標(biāo)場強(qiáng)，記錄頻響曲線。

（3）局放檢測：切換至脈沖模式，輸出上升沿50ns、幅值10kV的脈沖，同時(shí)以1GS/s采樣率捕捉回波，實(shí)現(xiàn)pC級靈敏度。

（4）壽命評估：連續(xù)72小時(shí)施加1kHz、5kV正弦波，監(jiān)測傳感器輸出漂移<0.1%。

圖：ATA-7000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

高壓放大器已從單純的“電壓放大”進(jìn)化為“高場激勵-信號保真”協(xié)同中樞。未來，隨著SiC/GaN功率器件、數(shù)字預(yù)失真算法和AI故障診斷的引入，其將在更寬頻帶、更高電壓、更復(fù)雜波形條件下，繼續(xù)為傳感器測試提供精準(zhǔn)、可靠的“源動力”，推動電力裝備、工業(yè)測控和前沿科研邁向更高維度。

審核編輯 黃宇