微弱电流信号检测记录
(2012-02-14 11:19:12) 标签： 杂谈
目录 零、序
一、微弱电流测试器的指标 二、微弱电流测试所需要的条件 三、微弱电流计 四、高阻电阻
五、微弱电流计放大器的基本电路 六、微弱电流标准源 七、微弱电流计的测试
八、微弱电流测试仪器DIY汇总 九、微弱电流测试器DIY 十、改进与应用
二、微弱电流计放大器的基本电路 1、微弱电流放大的基本电路
弱电流的基本电路是反向放大器的形式，即I-V转换电路。先看一个实例，
第 1 页
来自ICH8500的数据表。
放大器接成典型的反向放大器，但没有输入电阻，其实是一个电流-电压变换器，并有几点不同： a、有保护（Guard，作用见下）
b、反馈电阻Rfb非常大，为10的12次方欧姆，即1T
c、有个反馈电容Cfb，用来与输入等效电容分压，提高响应时间。在一个实际采用ICH8500的电路板上，该电容采用了470pF的聚苯乙烯（反馈电阻用了30G）
第 2 页
反馈电阻Rf（或叫Rfb）的选择。这是一个关键元件，一方面取决于所要求的灵敏度和噪音，另一方面与其他元件和电阻的来源情况有关。 上述电路的Rfb非常大达到1T，因此1pA的输入电流就会引起1V的输出，即灵敏度是1V/pA，这样用2V的电压表，就可以实现满度2pA的微电流计，甚至可以用200mV的电压表事项满度200fA的超微电流计。
Rfb也与电流噪音密切相关，越大则理论噪音越小，很多静电计选100G，这样理论噪音极限大概是0.25fArms，而K642选择了1000G，噪音就更小
第 3 页
了。
当然，Rfb不能取得太大，因为运放的偏置电流Ib是完全流过这个电阻的，产生压降，也产生噪音、温度系数等弊病，所以Rfb要与运放匹配，最好Ib×Rfb小于满度输出的1%，至少<10%。否则，当没有输入的时候，Ib就要全部流过Rfb，1pA就产生了1V的假输出，这是不允许的。另一方面，大的电阻不仅价格贵、买不到，而且可能存在性能上的问题。从目前情况看，Rfb最大选择100G比较合适，除非你想PK吉时利，可以选1T或更大。
静电运放的选择，上面提到，最重要的参数就是Ib。要想做微电流测试，Ib必须选择小的。实际上。Ib总是存在的，也可以进行补偿、调零、抵消。当然，不如Ib小的好，因为Ib本身是很不稳定的，会带来电流噪音和，尤其是其温度系数很大，会在很大程度上干扰测试结果。
另一方面，运放的正负输入之间的失调电压Vos，多少也会影响准确测试。 Vos，是直接叠加到输出信号上去的。假设Vos=10mV，那么本来是1V输出，叠加后就有1.01V了，形成1%的误差。假设输入电流小，为0.1pA，那么计算输出只有0.1V，实际输出0.11V，影响就更大了，达到10%。所以，Vos还是小了好。后面将会看到，由于在产生微小电流的时候，需要小的电压，Vos所占的比例就更突出了，这样也要求运放的Vos小。 Vos如果不够小，可以通过补偿电路来大部分抵消。但是，Vos是有温度系数的，温度一变最后的输出也跟找变了，这也使得Vos的温度系数成文重要指标之一。
第 4 页
反馈电容Cf的选择。Cf的作用有两个，一个是抵消输入电容、提高阶越的响应速度：
另一个作用是与Rf一起决定了电路自由时间常数。有关Cf的选择，LMC662的手册里有详尽的描述。
德国微电流板，在Rf=30G的情况下选择了Cf=470pF，非常大，时间常数达到了15秒。从实际测试情况看，减少这个电容，尽管提高了相应速度，但会增加输出噪音。例如在Cf=470pF的场合，输出1秒间隔的阿伦方差只有0.19fA，但增大到22pF后（此时时间常数为0.67秒），阿伦方差上升到了2.5fA。因此，这个德国的电路是牺牲了响应速度换取的稳定性，
第 5 页
微弱电流信号检测记录精品文档71页
