一种pA-μA量程的微弱电流放大器制造技术

本发明专利技术公开一种pA-μA量程的微弱电流放大器，包括输入电路、电流-电压转换电路、调零电路、电压线性放大电路、低通滤波电路、增益控制电路和电源电路组成。其中，电流-电压转换电路采用高输入阻抗的静电计运算放大器实现电流-电压转换，其输入端与输入电路相连，输出端与电压线性放大电路相连，同时，电流-电压转换电路还接有调零电路和增益控制电路；电压线性放大电路的输出端连接低通滤波电路，滤除高频噪声干扰；最后，送给输出电路输出。此种技术可解决现有微电流测量实现复杂、预热时间长、零点难调、仪器体积大的缺点，本发明专利技术具有抗干扰能力强、可靠性高、测量速度快，并且能够实现pA-μA量程低频微弱电流放大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电流放大器，特别是一种在ρΑ-μ A量程的低频微弱电流放大器。
技术介绍
微弱电流的测量在航天、核工业、生命科学等领域有着极其广泛的应用。在航天领域，如卫星、飞船等航天器的宇宙空间环境模拟试验，宇航员环境适应性试验和其它试验中真空度的测量，航天器在太空受辐射后要逸出电子，表面聚集电荷产生泄漏电流，航天器表面带电的研究等，都需要微电流的测量；在核工业领域，如核辐射探测器和辐射剂量中，需测量电离室的电离电流；在生命科学和生物电化学方面广泛使用微电流分析仪器也都需要测量微电流。这些电流的范围通常在10_5-10_16Α之间。微电流测量的准确度和分辨率越高， 与其相关的各种非电流测试水平越高。因此，新的微电流测量技术对这些量的测量起着重要作用。微弱电流的测量通常采用电流-电压转换的方法，并取得了一定的精度。通常电流放大器的前级电路由结型场效应管或绝缘栅场效应管组成的差动电路构成，但由于栅源绝缘电阻高，场效应管其夹断电压Ues和最大漏极电流不稳定，零点很难调节，这就使测量的稳定性差。另外，还有使用高输入阻抗的静电计管测量微电流，但是，静电计管存在寿命短、体积大、供电复杂、预热时间长、零点和满刻度校正烦琐的缺点。
技术实现思路
本专利技术的主要目的，在于克服上面微电流测量技术的不足，提供一种抗干扰能力强、零点易调、实现简单、测量速度快、体积小，并且能够实现pA-uA量程的微电流测量的放大器。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是一种pA-uA量程的微电流放大器，包括输入电路、电流-电压转换电路、调零电路、 电压线性放大电路、低通滤波器电路、增益控制电路和电源电路组成。其中电流-电压转换电路的输入端与输入电路相连，输出端与电压线性放大电路相连，同时，电流-电压转换电路还连接有调零电路和增益控制电路，电压线性放大电路的输出端连接低通滤波电路，其后连有输出电路。被测电流输入采用聚四氟乙烯接线柱的方法，浮空，消除电路板泄漏对输入电流的影响；在电流-电压转换电路的反馈电阻两端并联电容，消除高值电阻热噪声对转换电压的影响；低通滤波电路消除了高频率的噪声干扰的影响；调零电路消除了直流误差源 (主要是运算放大器的失调电压)对转换电压的影响；在电流电压转换电路中采用集成的单芯片静电计运算放大器，克服了现有技术中选用配对场效应管的困难。采用上述技术方案后，本专利技术可提供一种抗干扰能力强、噪声小、实现简单、可靠性高、测量速度快，并且能够在大范围内测量的微弱低频信号的微电流放大器。附图说明图1为本专利技术微电流放大器的结构图；图2为本专利技术的微电流放大器电路图；图3为本专利技术改变反馈电阻的电流-电压转换的原理示意图；图4为本专利技术中电压线性放大电路的原理图；图5为本专利技术中低通滤波电路的原理图；图6为本专利技术实施例中输入电流在10_1(i-10_9A时，放大器实际输出电压与理论输出电压的关系图。具体实施例方式以下将结合附图及具体实施例，对本专利技术的结构及工作原理进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种pA-uA量程的微电流放大器包括电流-电压转换电路1、调零电路2、输入电路3、电压线性放大电路4、低通滤波电路5、增益控制电路6、输出电路7和电源电路8组成。电流-电压转换电路1由静电计运算放大器、电子开关和不同阻值的反馈电阻构成，其输入端与输入电路相连，同时电流-电压转换电路1还接有调零电路2和增益控制电路6，通过增益控制6来选择不同的反馈电阻，实现不同被测电流转换成与之成比例的电压信号，电流-电压转换电路1的输出端接有电压线性放大电路4，实现将转换的电压信号进一步放大，提升微电流测量电路的灵敏度，同时增益控制其电压的放大倍数；最后电压线性放大电路4的输出端接低通滤波电路5，将电压信号进行滤波，滤去频率高于被测信号的噪声和干扰。最后，送到输出电路7进行电压输出。下面分别对各部分详细介绍。本实施例中，图3所示的电流-电压转换电路1以运算放大器和高值反馈电阻为核心，为了使电流-电压转换电路具有良好的线性，运算放大器采用输入阻抗为 ο15 Ω、偏置电流为fA级的单芯片静电计运算放大器ΑΜ49(也即图中的Al)；为了使电流-电压转换具有高的动态范围，转换电路中采用低漏电流的电子开关(也即图3中的电子开关Sl…… S7)，通过电子开关选择不同的反馈电阻来实现不同量程的电流转换，从而实现高的动态范围电流测量。图4为本实施例中的电压线性放大电路，利用动态自动校零运算放大器ICL7650 构成高共模的三运放放大器构成线性放大电路，三运放的放大电路由两级组成，运放A2, A3 组成第一级差分电路,A4组成第二级差分电路。在第一级电路中，V1J2分别加到A2和A3的同相端，RpI^R3和R7组成的反馈网络，引入了深度的电压串联负反馈。若ApA2选用相同特性的运放，则它们的共模输出电压和漂移电压也都相等，再通过第二级差分电路，可以互相抵消，故它有很强的共模抑制能力和较小的输出漂移电压，同时该电路有较高的差模电压增益。因为后一级是差分电路，输出阻抗也很低。图5为该专利技术中采用的滤波电路，前面的电路在放大有用信号的同时，也对噪声进行了放大，在电路中采用低通滤波器，将高频噪声干扰滤除。下面配合各图对各部分的原理进行详细说明。结合图3其电路分析如下被测电流Is流过运算放大器AM49L，考虑到输入偏置电流和失调电压的影响。有权利要求1.一种ρΑ-μ A量程的微弱电流放大器，包括输入电路、电流-电压转换电路、调零电路、电压线性放大电路、低通滤波器电路、增益控制电路和电源电路，输入电路与电流-电压转换电路相连并向电流-电压转换电路输入电流，将电流转换成与之成比例的电压信号，电流-电压转换电路的输出端接有电压线性放大电路，实现将转换的电压信号进一步放大，同时增益控制其电压的放大倍数，电压线性放大电路的输出端接低通滤波电路，将电压信号进行滤波，滤除高频噪声干扰；最后，送到输出电路进行输出。2.所属权利要求1中的一种PA-μA量程的微弱电流放大器，其特征在于电流-电压转换电路由高输入阻抗的静电计运算放大器、电子开关和不同的反馈电阻构成，利用增益控制电路选择不同的高值反馈电阻将电流信号转换成与反馈电阻相应比例的电压信号。全文摘要本专利技术公开一种pA-μA量程的微弱电流放大器，包括输入电路、电流-电压转换电路、调零电路、电压线性放大电路、低通滤波电路、增益控制电路和电源电路组成。其中，电流-电压转换电路采用高输入阻抗的静电计运算放大器实现电流-电压转换，其输入端与输入电路相连，输出端与电压线性放大电路相连，同时，电流-电压转换电路还接有调零电路和增益控制电路；电压线性放大电路的输出端连接低通滤波电路，滤除高频噪声干扰；最后，送给输出电路输出。此种技术可解决现有微电流测量实现复杂、预热时间长、零点难调、仪器体积大的缺点，本专利技术具有抗干扰能力强、可靠性高、测量速度快，并且能够实现pA-μA量程低频微弱电流放大。文档编号H03F1/30GK102545793SQ20101059301公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日专利技术者张紫霞, 方美华, 陈国云, 雷升杰, 魏志勇, 黄三玻 申请人:南京航空航天大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷升杰，魏志勇，方美华，陈国云，张紫霞，黄三玻，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：