一种微小电流信号的放大电路制造技术

本实用新型专利技术涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种微小电流信号的放大电路，其不同之处在于：其包括信号输入模块、电压放大模块、电压转电流模块、电流输出模块和供电模块；信号输入模块用于采集微小电流信号并将微小电流信号经过采样电阻转换为微小电压信号；电压放大模块用于放大信号输入模块输出的微小电压信号；电压转电流模块用于将电压放大模块输出的电压信号转换为电流信号；电流输出模块用于输出电压转电流模块转换后的电流信号；供电模块用于对电源电压进行转换并向信号输入模块、电压放大模块、电压转电流模块和电流输出模块提供工作电压。本实用新型专利技术实现对微安级微小电流信号的测量，测量精度高。

An Amplifying Circuit for Small Current Signal

【技术实现步骤摘要】
一种微小电流信号的放大电路
本技术涉及数据采集
，尤其涉及一种微小电流信号的放大电路。
技术介绍
P2O5电极式传感器，采用电解法的原理，与测量气体充分交换，可快速、准确地测试气体中的含水量，适用于石油、化工、电力、冶金等工业部门进行气体微量水的检测以及工艺流程中的测量；现有的P2O5电极式传感器最低能检测1ppm的微量水含量，对于ppb级的极低水含量检测很难达到，因为本身传感器采样装置采集微小的电流信号就很困难，需要非常好的结构工艺设计，再者需要对其采集到的微小电流信号进行放大从而实现微量水含量的测量；目前对于微小电流的测量通常采用运算放大器电流反馈法；运算放大器电流反馈法输出的电压为负值，而且在测量很弱电流和较大电流时不稳定；鉴于此，为克服上述缺陷，提供一种微小电流信号的放大电路成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供一种微小电流信号的放大电路，实现对微安级微小电流信号的放大。为解决以上技术问题，本技术的技术方案为：一种微小电流信号的放大电路，包括信号输入模块、电压放大模块、电压转电流模块和供电模块；信号输入模块，用于采集微小电流信号并将微小电流信号经过采样电阻转换为微小电压信号；电压放大模块，用于放大信号输入模块输出的微小电压信号，形成放大电压信号；电压转电流模块，用于将电压放大模块输出的放大电压信号转换为放大电流信号并输出；供电模块，用于对电源电压进行转换并向信号输入模块、电压放大模块和电压转电流模块提供工作电压。按以上方案，所述信号输入模块包括电流输入接口、采样电阻、稳压二极管和开关二极管；电流输入接口与采样电阻串联后接地，采样电阻分别与稳压二极管和开关二极管并联；其中，稳压二极管和开关二极管均正端接地；依据欧姆定律，通过设置采样电阻能直接将电流信号转换为电压信号便于后续放大电压信号；稳压二极管用于稳压，开关二极管用于电路保护。按以上方案，所述采样电阻包括串联连接的第一采样电阻和第二采样电阻；其中，第二采样电阻为可调电阻；第二采样电阻根据不同的输入信号起微调作用。按以上方案，所述电压放大模块包括第一电压放大器和连接于第一电压放大器的外部电阻，第一电压放大器的信号输入端连接于信号输入模块输出端；所述第一电压放大器的型号为INA128；外部电阻用于调整放大倍数，放大倍数为：G＝1+50kΩ/RG，式中50kΩ为INA128内部的两个放大器反馈电阻之和，第一电压放大器的输出电压Vout＝输入电压Vin*放大倍数G；INA128放大器具有非常低的偏置电压(50mV)、温度漂移(0.5μV/℃)和高共模抑制(在增益G＝100时，共模抑制比CMR＝120dB)，其电源电压低至±2.25V且静态电流只有700uA，内部输入保护能经受±40V电压而无损坏、噪声低、工作稳定可靠等特点。按以上方案，所述电压转电流模块包括依次连接的输入电阻、第二电压放大器、第一射极跟随器和输出电阻；所述输入电阻输入端连接于第一电压放大器的信号输出端；所述第二电压放大器为同向比例运算放大器，其同向输入端连接于输入电阻输出端，其反向输入端通过电阻连接于输出端，反向输入端通过电阻接地；第二电压放大器的电压放大倍数为1+R18\R17；所述第一射极跟随器的反向输入端连接于输出端；第一射极跟随器的输出端连接于输出电阻输入端；第一射极跟随器U2A提高电路的负载能力。按以上方案，所述电压转电流模块还包括第二射极跟随器，第二射极跟随器的同向输入端连接于输出电阻输出端，反向输入端连接于输出端，输出端连接于第一电压放大器的参考电压输入端REF；第二射极跟随器为INA128放大器提供反馈参考电压。按以上方案，所述电压转电流模块还包括电压补偿单元，所述电压补偿单元连接于第二电压放大器的同向输入端；电压补偿单元包括补偿电阻和第三射极跟随器；所述补偿电阻包括第一补偿电阻、第二补偿电阻和第三补偿电阻；其中，第二补偿电阻为可调电阻，第二补偿电阻一端串联第一补偿电阻后接电源，另一端接地，第二补偿电阻中间调节端连接于第三射极跟随器的同向输入端，第三射极跟随器的反向输入端连接于输出端，输出端串联第三补偿电阻后连接于第二电压放大器的同向输入端；通过调节第二补偿电阻W4的阻值，可以调整第三射极跟随器的输出电压，保证第二电压放大器的输入电压在0V以上。按以上方案，所述电压转电流模块还包括至少一个连接于输出电阻输出端的电流输出接口。按以上方案，所述供电模块包括第一电压转换单元、第二电压转换单元、第三电压转换单元和第四电压转换单元；所述第一电压转换单元用于将输入的电源电压进行电压转换给电流输入接口供电；所述第二电压转换单元用于将输入的电源电压进行电压转换给电压放大器和第一射极跟随器的正电源端供电；所述第三电压转换单元连接于第二电压转换单元的输出端用于将第二电压转换单元输出的电压进行电压转换给电压放大器和第一射极跟随器的负电源端供电；所述第四电压转换单元连接于第二电压转换单元的输出端用于将第二电压转换单元输出用于给电压补偿单元供电；供电模块满足放大电路中不同元器件正常工作的不同供电的需要。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：本技术基于采样电阻法的原理将从传感器采集的微小电流信号引入放大电路中，依据欧姆定律，通过设置采样电阻直接将电流信号转换为电压信号，然后将得到的电压信号经过电压放大模块对其做放大处理，之后再将放大后的电压信号通过电压转电流模块将电压转换为电流输出，即得到所需的放大后的电流信号；结构简单易实现，测量精度高，可以实现对微安级微小电流信号的测量，解决气体中微量水测量领域采集低水分含量后期处理的问题，从而达到精确测量ppb级微量水含量的效果。附图说明图1为本技术实施例整体结构示意图；图2为本实施例中信号输入模块、电压放大模块和电压转电流模块的电路原理图；图3为本实施例中第一电压转换单元的电路原理图；图4为本实施例中第二电压转换单元的电路原理图；图5为本实施例中第三电压转换单元的电路原理图；图6为本实施例中第四电压转换单元的电路原理图；图7为本实施例中指示电路的电路原理图；附图标记：1、信号输入模块；2、电压放大模块；3、电压转电流模块；4、供电模块；401、第一电压转换单元；402、第二电压转换单元；403、第三电压转换单元；404、第四电压转换单元；405、指示电路。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。请参考图1至图7，本技术为一种微小电流信号的放大电路，其包括信号输入模块1、电压放大模块2、电压转电流模块3和供电模块4；信号输入模块1用于采集微小电流信号并将微小电流信号经过采样电阻转换为微小电压信号；电压放大模块2用于放大信号输入模块1输出的微小电压信号；电压转电流模块3用于将电压放大模块2输出的电压信号转换为电流信号；供电模块4用于对电源电压进行转换并向信号输入模块1、电压放大模块2、电压转电流模块3和电流输出模块4提供工作电压。参阅图3至图7，供电模块4包括第一电压转换单元401、第二电压转换单元402、第三电压转换单元403和第四电压转换单元404；第一电压转换单元401将本实施例中提供的+24V电源电压转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微小电流信号的放大电路，其特征在于，包括：信号输入模块(1)、电压放大模块(2)、电压转电流模块(3)和供电模块(4)；信号输入模块(1)，用于采集微小电流信号并将微小电流信号经过采样电阻转换为微小电压信号；电压放大模块(2)，用于放大信号输入模块(1)输出的微小电压信号，形成放大电压信号；电压转电流模块(3)，用于将电压放大模块(2)输出的放大电压信号转换为放大电流信号并输出；供电模块(4)，用于对电源电压进行转换并向信号输入模块(1)、电压放大模块(2)和电压转电流模块(3)提供工作电压。

【技术特征摘要】
1.一种微小电流信号的放大电路，其特征在于，包括：信号输入模块(1)、电压放大模块(2)、电压转电流模块(3)和供电模块(4)；信号输入模块(1)，用于采集微小电流信号并将微小电流信号经过采样电阻转换为微小电压信号；电压放大模块(2)，用于放大信号输入模块(1)输出的微小电压信号，形成放大电压信号；电压转电流模块(3)，用于将电压放大模块(2)输出的放大电压信号转换为放大电流信号并输出；供电模块(4)，用于对电源电压进行转换并向信号输入模块(1)、电压放大模块(2)和电压转电流模块(3)提供工作电压。2.根据权利要求1所述的微小电流信号的放大电路，其特征在于：所述信号输入模块(1)包括电流输入接口(J-IN)、采样电阻、稳压二极管(D3)和开关二极管(D4)；电流输入接口(J-IN)与采样电阻串联后接地，采样电阻分别与稳压二极管(D3)和开关二极管(D4)并联；其中，稳压二极管(D3)和开关二极管(D4)均正端接地。3.根据权利要求2所述的微小电流信号的放大电路，其特征在于：所述采样电阻包括串联连接的第一采样电阻(R11)和第二采样电阻(W3)；其中，第二采样电阻(W3)为可调电阻。4.根据权利要求3所述的微小电流信号的放大电路，其特征在于：所述电压放大模块(2)包括第一电压放大器(U1)和连接于第一电压放大器(U1)的外部电阻(RG)，第一电压放大器(U1)的信号输入端连接于信号输入模块(1)输出端；所述第一电压放大器(U1)的型号为INA128；外部电阻(RG)用于调整放大倍数，放大倍数为：G＝1+50kΩ/RG，式中50kΩ为INA128内部的两个放大器反馈电阻之和。5.根据权利要求4所述的微小电流信号的放大电路，其特征在于：所述电压转电流模块(3)包括依次连接的输入电阻(R15)、第二电压放大器(U3A)、第一射极跟随器(U2A)和输出电阻(R19)；所述输入电阻(R15)输入端连接于第一电压放大器(U1)的信号输出端；所述第二电压放大器(U3A)为同向比例运算放大器，其同向输入端连接于输入电阻(R15)输出端，其反向输入端通过电阻(R18)连接于输出端，反向输入端通过电阻(R17)接地；所述第一射极跟随器(U2A)的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晴，
申请(专利权)人：南京英格玛仪器技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32