图解DIY 1pA超微电流测试器

只看该作者 · 2011-8-11 23:30

第一点，Ib变化多端，一个是说不同的IC，尽管是同型号同批次的，Ib可能相差很大。另一个是，Ib随外界条件的变化（例如温度）变化会很大，比如下图是LMC6062的Ib随温度变化的曲线，60度的Ib是25度的10倍了！

其它的变化，例如不同共模电压时Ib变化也可能很大。静态偏置电流和运放的输入电流是一个东西，就是Ib。

“在开环下静态偏置电流决定运放差模输入信号的范围”，这句话是有误解的，因为运放本身不存在差模输入信号范围，因为+和-两个输入端可以认为总是相等，或者说是输出除上开环电压增益，是很小的（微伏级），而且这个输入与Ib没有关系。

MOS运放的开环放大倍数，与双极型的，都有很大倍数的，与Ib无关。

第2点，R5是提供外加测试电流的，如果要观察Ib，那么必须把R5开路。R5开路后，理想情况下输出是地电位；不理想的情况下，由于Ib流过反馈电阻，会产生压降，这个压降多大，输出就是多大（只差了一个Vos）。

只看该作者 · 2011-8-12 00:16

我不相信楼主不是干计量的

只看该作者 · 2011-8-12 09:28

电流1nA到20mA，用的模拟开关ADG409分四个量程（想换多点）,后面AD是24位的AD7794，转换电阻都是高精密低温漂的，但是我们产品的Rin是客户接的，我们用电阻箱仿Rin，发现上电时就有40nA左右的跳动(默认100R档），其他档位调节时都有几十nA的跳动，电阻箱已接地，没有做软件平均。lymex能否不吝指导一下。

只看该作者 · 2011-8-12 12:34

楼上这个电路，从原理上没啥问题，至于出现几十nA的跳动，可以检查的，主要就是干扰。比如电阻箱的接地，要接到交流电的中性点，而这点要保证接地良好；测试仪要有金属外壳、接地良好；引线要屏蔽线，屏蔽接地良好；判断是否为外界干扰的最好的办法，就是把Rin先断开，把仪器的输入端的插座用金属盖住，看是否还有干扰信号。

如果是内部本身干扰，那么就要查一下模拟开关、运放、内部供电、采集端是否引入干扰、布线（AGND是否合理、是否单点）。

如果是外部干扰，除了最开始我说的几条措施外，还要查找一下主要干扰源，争取处理掉。国内很多电器不遵守EMC规范，向外辐射的干扰太大，电源上的干扰也非常厉害。

只看该作者 · 2011-8-12 14:42

:victory:

只看该作者 · 2011-8-12 17:15

呵呵，有错有这个劲头，年轻时就应多动手

只看该作者 · 2011-8-12 17:49

关注！

只看该作者 · 2011-8-12 18:14

学习了

只看该作者 · 2011-8-13 00:12

楼主好！
请教一个电源问题，+/-12v电源稳压至5v，正电源采用7805，负电源采用7905。如果采用两组独立12v电源，都采用7805，然后将一组的“-”极与另一组的“+”连接做为零位。那么，这样连接的效果与采用负稳压方式的效果会有不同吗？如有不同还请指教，谢谢。

只看该作者 · 2011-8-13 09:45

回楼上，+/-12V电源最常见的做法是抽头双绕组+桥整流。

如果采用两个分别的+12V，那需要两个独立的绕组、两个桥整流，元件用的就多些。当然，两个接在一起，正常使用时效果一样，没啥影响。

当然，12V用三端降低到5V，效率不高，小电流下无所谓了，但电流一大的话功率不小，7805/7905要加散热片。

只看该作者 · 2011-8-13 12:23

我在一个化学分析仪器论坛上看到一个电路，气相色谱仪上检测器的放大电路，可以测量到1pA以下，测量速率最大150Hz，请lymex老师帮我分析下这个电路的原理和特点。

下面是原贴作者的说明：
其实岛津气相色谱仪和安捷伦气相色谱仪的电路设计基本上一致，从上面电路可以推导出放大后的输出电压为

由此可以看出，Iin在大范围内变动时Vout不会大范围变动，AD不容易饱和，故这种设计就不需要换挡了，但确实Vout与输入信号Iin是不成线性关系的，所以安捷伦是将其计算输出显示为Iin，即以电流的方式显示；而岛津虽然最后显示的是电压信号，但肯定也是由嵌入进行过线性化处理的。

只看该作者 · 2011-8-13 14:12

再发一个安捷伦6820气相色谱仪工作站的截图，FID（氢火焰离子化检测器）。可见此仪器的电路可测量到0.1pA以下。

只看该作者 · 2011-8-13 14:32

因为外部和内部电磁干扰是微弱信号测量中的必需避免的。lymex能否详细谈一下电子测量过程中的屏蔽、接地的原理以及实际操作经验和心得，比如仪器屏蔽接地，引线屏蔽接地等。好像没有见过专门介绍的。
谢谢。
论坛也没有加分的功能，要是有给个五星支持。

只看该作者 · 2011-8-13 16:51

回楼上，有关屏蔽和抗干扰，内容很多的，可以参考：
《数字电表检测技术》，冯占岭，1996年12月第1版，pp417-422

简单说，屏蔽最好要两层，一层就是地，各自金属外壳接电源的中性点（有电源的都是这样接的），电缆都要屏蔽的外皮也接地；然后就是保护内壳，也是金属壳，叫Guard，高级的仪器都有这个东西，所有的Guard要接到一起，然后单点接地，在最敏感的测试端。有的要求高的电缆是三同轴的，中间还有一个屏蔽层，这种电缆前段时间我还买了一根，价格比较贵。最后，仪器内的布局、布线，也都有要求，这些都能找到相应的介绍的。如果你的仪器要求高，或者现场干扰严重，那么设计的时候也应该有Guard，相应的做法或技术叫Guarding。

只看该作者 · 2011-8-13 17:08

本帖最后由 lymex 于 2011-8-13 17:10 编辑

回240楼，
这个电路是一个带有模拟运算器的微电流放大器。
左下角的部分是对被测试电流取对数，这样动态范围一下子就被压下来，其中Q1A就是取对数三极管，利用了其电流-电压的对数特性。左上角是参考电压取对数的部分，最上面的管子没有画全，但肯定是Q1B，因为要与Q1A对称，是对管，才能有良好的匹配。然后二者相加，等价为二者相乘（因为取了对数）。最后，右下角的是反对数，这样就还原了。至于为什么动态范围变小、结果是开方的，那道理也简单，就是取反对数之前，信号通过两个管子串联被除2（减半），这样就等价为开方了。

至于用了Vref与Iin相乘，估计是换档用的，这样可以进一步增大测试范围，或者做微调。

有关对数微电流放大，是压缩动态范围的一个常用的方法，我也做过，动态范围超过7个数量级：
http://bbs.38hot.net/read.php?tid=9989

只看该作者 · 2011-8-13 21:10

本帖最后由 biofilm 于 2011-8-13 21:15 编辑

想到一个问题，用LZ DIY的这个仪器测试微弱电流的时候，输入的电流信号应该要屏蔽吧，因为皮安电流太小了。

老大的解释简单明了，深入浅出，或者说通俗易懂，说明老大对此领域领悟很深，当属资深人士，谢谢啦。
我先DIY一个学习一下，有问题继续请教。

只看该作者 · 2011-8-13 21:25

谢谢楼上，我测试的时候的确是屏蔽的，电流发生器和测试器的外壳均接地，电缆也是屏蔽的。测试高阻的时候，我专门有个测试盒（吉时利6104），电阻装在盒子里，屏蔽引线接到仪器上。

另外，补充几本有关屏蔽、干扰的参考资料，可以找一下这三本书，都有电子版：
电子电路抗干扰实用技术 362页 7.0M
电子电路使用抗干扰技术 454页 12.4M
电子测量中的工频干扰及屏蔽 218页 6.3M
如果想快餐方式的，可以看我的帖子（xxxx干扰与防护）：http://bbs.38hot.net/read.php?tid=434