图解DIY 1pA超微电流测试器

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楼主: lymex
| 2011-7-1 06:10 | 显示全部楼层
好看!
| 2011-7-1 09:02 | 显示全部楼层
LZ这电路只有试验意义,这种搭建方式,在产品上用不了
| 2011-7-1 09:18 | 显示全部楼层
:)
| 2011-7-1 09:33 | 显示全部楼层
记得几年前老师给我介绍微电流测试仪的时候说的是敏感电路最好不用PCB全部搭焊完成,然后用单独的屏蔽盒密封
好久没看DIY产品了,楼主做得很赞
bbyeah 发表于 2011-7-1 04:39

你的意思是 不用做pcb板?  面包板为什么比pcb还好呢?奇怪。。
求解答。

还有个问题,100g的电阻真可以买到啊, 若是实在弄不到,用T网络电阻替代 性能到底要差多少呢?
| 2011-7-1 10:05 | 显示全部楼层
学习~~
| 2011-7-1 10:18 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2011-7-1 10:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 lymex 于 2011-7-1 10:24 编辑

多谢各位支持,集中回答一下问题。


那个PCB材料的对角线电阻有多少个G欧姆啊?
woshixinshou 发表于 2011-6-30 19:41

这个PCB材料一般,漏阻不会很好,但也不会很差。有了这个微电流计,实际上就有条件进行测试。初步测试结果,两个相邻的铜箔盘之间,大于10的13次方欧姆。


记得几年前老师给我介绍微电流测试仪的时候说的是敏感电路最好不用PCB全部搭焊完成,然后用单独的屏蔽盒密封
好久没看DIY产品了,楼主做得很赞
bbyeah 发表于 2011-7-1 04:39

只有关键部位搭接,其它部位仍然可以用常规的方式。


赞一个.
那个LMC6062好贵吧!
nongfuxu 发表于 2011-7-1 06:09

LMC6062很便宜。我在淘宝买了类似的LMC6042,5元/片,当然是翻新的,测试了一下一样用。
LMC6062AIM,在国半的网站的报价是1.61美元/只(1k批量)。



LZ这电路只有试验意义,这种搭建方式,在产品上用不了
corset 发表于 2011-7-1 09:02

当然,就是试验用的,是用来说明,国外最好的仪器的指标,也可以通过DIY重复出来,没有什么神秘,也不复杂。
不过,用在产品上,只需少许改动,主要是输入岛部分,改成屏蔽特富龙柱即可,这在仪器上是很成熟的做法。以下是吉时利在其617静电仪里的做法:


以下是德国的一个超微电流板,其输入岛(粉色部分)是独立的一块小板,运放采用了业界Ib保证值最小的ICH8500A(<10pA,比LMC7721的<20pA还要小)。
其中,Rf、Cf、运放的输入脚,都是插接的。




还有个问题,100g的电阻真可以买到啊, 若是实在弄不到,用T网络电阻替代 性能到底要差多少呢? ...
hanzhenwei 发表于 2011-7-1 09:33

千万不要说实在弄不到,是必须要弄到,否则就别搞超微电流。
100G电阻我是在淘宝买的。
不要考虑用T型网络,因为电阻小了性能就下降。理论上,用1G,性能比100G下降10倍。

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 楼主 | 2011-7-1 10:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 lymex 于 2011-7-2 17:43 编辑

12、运放的说明
看照片,这些都是Ib超级微小的CMOS运放,由于输入级都是MOS管,因此Ib都非常小。尽管LMC6001很著名,但其用料和制作并没有什么特别的,只是出厂前进行了100%的测试,保证Ib<25fA而已。这些运放尽管Ib的指标值相差很大,但实际上相差不大,绝大多数都会低于典型值,或者Ib<10fA,因此可以基本随便选用,使用前测试一下,个别的淘汰即可。我主推LMC6042A和LMC6062A的原因,就是低耗电。
Ib小,电流噪音就自然小。这些运放的电流噪音的指标都低于0.2fA/√Hz。
Ib小,受温度系数的影响就小。因此,超微电流测试,Ib是首要选择目标。
价格上,LMC6001A贵一些,其它都很便宜,尤其是图中的下面两款,很容易买到。



其它的常用运放,还有一些金封的,例如ICH8500A、AD549LH、OPA128LM:


不过,根据国半,金封的Ib反而不如塑封的好,再由于价格贵,不推荐。

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 楼主 | 2011-7-1 11:06 | 显示全部楼层
13、超高阻的说明
照片为我自己的测试过的所有100G的电阻。
A. 国产的100G真空电阻,有一定的电压系数,但低压下表现尚可,温漂也凑合。如果手头正好有这种电阻,可以用在此处的超微电流测试仪里。
B. 新近国产100G,红色漆皮,但表现很好。温度系数大约0.14%/C,电压系数很小,低压下表现也非常好。
C. 日本FINECHEM的 RH2HVS,误差只有1%(F),高压下(10V~1000V)表现也非常好,但就是低压下表现很差,介质吸收严重,一旦加压(例如开机时的5V)则难于恢复,会在很长一段时间内表现出开路有输出电压,电荷释放时间比较长。
D. 国产的片状电阻,名义上是RI80,也许是小厂的产品,非常垃圾的东西,电压系数超大,10V和100V下电阻能相差2倍以上,<1V下几乎要开路(电阻>10T),其表现类似一个稳压管,因此绝对不可以用在此处。另外,该电阻的极化存储现象也很严重。




根据Johnson Noise理论,可以测试的最小电流受下列电流噪音公式约束:
I^2 = 4 * k * T * B / R
其中k是玻尔兹曼常数,为1.38E-23,T是绝对温度,B是带宽,R是信号源内阻。
把常见的T=300度、B=1Hz、R=10MΩ带入,结果得到40.7fA。显然这个噪音对于微弱电流还是太大,要想改进,在常规场合(比如不能搞低温恒温)、测试速度确定的场合下,唯一我们能做的就是提高信号源内阻。如果R选择1GΩ,那么电流噪音就变成4.1fA了,减到了1/10。假如继续把R增大到100G,那么噪音极限就达到0.4fA了(2fApp,如图红圈所示)。吉时利往往被公认为是国际微电流测试最高水平,其目前仍然是保持记录的静电计K642,里面的反馈电阻最大用到了12次方(1T),这与其0.08fArms的电流噪音指标是吻合的。理论上,如果进一步要其测试下限达到1E-17(10aArms,50aApp)也是可能的,只要提高信号源内阻到100T,同时要加大一些测试时间,如下图绿圈所示。因此可以看到,单从噪音从这一点看我们就需要超高阻。


(本图来自吉时利低电平测试手册,并做了延伸)


内阻越高则电流噪音越低,这个概念与微电压的测试正好相反,因此有一些人转不过弯来,不想用高阻。的确,内阻高则噪音大,但噪音是与内阻的半次方成正比的,量程、增益是与内阻的1次方成正比的,算下来还是需要选择高阻。无论是信号源的内阻,还是运放的反馈电阻,均受此规律制约。

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| 2011-7-1 11:17 | 显示全部楼层
记得几年前老师给我介绍微电流测试仪的时候说的是敏感电路最好不用PCB全部搭焊完成,然后用单独的屏蔽盒密封
好久没看DIY产品了,楼主做得很赞
bbyeah 发表于 2011-7-1 04:39
这位仁兄是这么早就起床还是这么晚还没睡:o
| 2011-7-1 11:49 | 显示全部楼层
在1999年时做质谱计的微电流计,焊接使用了聚四氟乙烯基板自己打的铆钉塔焊。最初用来屏蔽的金属壳没有做到气密,梅雨季节直接罢工,输出满偏。最后用了不锈钢管两头盖子及输入输出都做到气密才最终搞定。微电流需要注意的细节真多。感叹一下啊。
| 2011-7-1 12:07 | 显示全部楼层
赞一个.:)
| 2011-7-1 12:10 | 显示全部楼层
最初用来屏蔽的金属壳没有做到气密,梅雨季节直接罢工,输出满偏。

喷涂三防漆.脚间隔拉开,布静电屏蔽环.
| 2011-7-1 13:00 | 显示全部楼层
三防漆及灌封胶在这种级别下已经不适用了,会延长一段时间才出问题,出了问题后要把渗透的潮气弄出来就麻烦了。
| 2011-7-1 13:20 | 显示全部楼层
疑问,这个lymex是不是那个在hot38上有好多高精度DMM的lymex?
能共享一下100G电阻的购买地址吗?
谢谢!
| 2011-7-1 13:24 | 显示全部楼层

受益菲浅

受益非浅~
| 2011-7-1 13:28 | 显示全部楼层
LZ这电路只有试验意义,这种搭建方式,在产品上用不了
corset 发表于 2011-7-1 09:02

楼主这个实验我也做过,用的是LMC6001,但是我要做的是连续采集输入的pA级电流,所以必须不停地短路楼主图中的C4。抓瞎就抓瞎在这个短路电路上了,市售的所有模拟开关漏电流都在几百nA以上,继电器通断的时候干扰太大。

最后老老实实用的IVC102,我奇怪的是别的微电流检测的实际产品上是怎么实现的?
| 2011-7-1 13:32 | 显示全部楼层
mark
| 2011-7-1 13:51 | 显示全部楼层
pengjianxue这次怎么没来说说,说说哈?
| 2011-7-1 13:53 | 显示全部楼层
以后翻出来慢慢看!
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