图解DIY 1pA超微电流测试器

只看该作者 · 2011-8-26 00:23

我的LMC6062是以前申请的样品。
前段时间在淘宝买了一些LMC6042，价格是5元/只，这个的Ib的典型值还要小一些，但Vos大一些。
6062也有卖的，价格类似。

只看该作者 · 2011-8-26 00:33

楼主的装备精良

只看该作者 · 2011-8-26 01:13

LZ你好：
非常感谢lz的无私让我们学到很多微电测量的方法·我希望自己能先做到1nA电流的检测，DA1V对应1nA，目前实验室最大的精度电阻是10M,原计划是采用两级放大的I-V用10M，后级再放大100 倍。受楼主启发.可用1G反馈电阻直接实现。对于nA测量，两种方案如何选取？手头运放有FET型的OPA445：ib10pA,Vos5mV; 和OP07:ib3nA,Vos100uV;使用OPA445是否合适？反馈电容如何选取？如何计算？最近也在看远坂俊昭的测量电子一书，第四章的稳定负反馈看的很是费力，之前的模电书这块讲的也很费解，LZ有否这块内容的指引，推荐？谢谢LZ.....

只看该作者 · 2011-8-26 01:32

LZ附件是仿做的屏蔽盒，小铁盒是从高压源里找出来的底座是开关电源的铝盒，按楼主的方法切割的BNC头，使内部的白色粉末丢失，是否会影响输入岛的绝缘性？还有就是I-V电路的输入电阻如何取值？LZ电路的输入电阻是否是R6:1M?仪表运放电路做微电检测是否可行？谢谢楼主

只看该作者 · 2011-8-26 09:18

回楼上，测试1nA用1G反馈电阻没问题，也可以考虑用100M电阻后再放大10倍，或则干脆用10:1的T型网络。

运放用OPA445可以，但这个不是单电源运放，所以必须用正、负双电源了。

1G反馈电阻场合，反馈电容可以选择22pF到220pF之间，具体要决于你要测试的电流和响应时间。

书当然要慢慢看，但理论结合实践会有更深刻的体会。

切割BNC头后如果白色绝缘物丢失，还如何固定？不行的话重新切割一个。但若只测试1nA电流，分辨10pA的话，可以不用BNC插座做输入岛，直接在电路板上做个环状的隔离地就可以。

I-V的输入保护电阻的选择，一个是要足够大使得加上高压也不至于过流，另一个是流过Ib后不至于产生较大的电压，如果运放选OPA445，那么电阻可以继续用1M。

仪表运放由于Ib一般比较大，不适合做微电流测试。

只看该作者 · 2011-8-26 12:45

请问lymex,将微弱电流转化为电压以多大为宜？比如，你这个就是1皮安对应100毫伏，十毫伏行不行？现在的数采卡都是很精确，比如可以测到零点几个毫伏甚至更低。
如果是这样的话，是不是用一个电阻，比如1M，就可以测量从纳安到微安电流了？
不知道这个想的对不对？

谢谢

只看该作者 · 2011-8-26 13:18

感谢分享与探索。

只看该作者 · 2011-8-27 18:11

回275楼：
这个问题问的很好，我在前面真应该有一节来说明Rf如何选择。
总的说，Rf的选择要看电阻的容易获取性（是否能买到合适的）、最小测试电流和运放的特性有关。

1、首先，Rf不能选择太小，否则受理论噪音限制，详见我前面第2页29楼“13、超高阻的说明”。具体说，在常规带宽的要求下，
100G电阻可以测试到2fA，
10G电阻可以测试到7fA，
1G电阻可以测试到20fA，
100M电阻可以测试到0.2pA，
10M电阻可以测试到0.7pA，
1M电阻可以测试到2pA。
也就是说，加入你测试的分辨不超过1pA，那么10M电阻就够了。但若想分辨0.01pA，那必须用10G电阻。我用100G电阻，是用来分辨2fA的。同样，吉时利642分辨要亚fA，所以人家用了1T。

2、Rf不能选择太小，否则运放的Vos会影响结果
运放的Vos的大小，直接叠加在输出上的。如果选择的运放Vos为5mV，Rf选1M，那么1nA只有1mV的输出，就被淹没了。作为一个原则，满度输出电压应该远大于运放的Vos。
当然，可以采用零点调节，那样满度电压就可以更低一些，不过也不能太低，因为Vos是变化的（随温度、甚至随时间）

3、Rf选择的其它考虑
比如运放的Ib，将直接流过Rf，二者乘积后与Vos的影响类似。例如Ib=10pA，如果选择1G的Rf，那压降就是10mV了，很大，而且运放的Ib的变化比Vos的还要大，所以，Ib与Rf的乘积应比Vos小很多才好。
另外，Rf选择太大后，价格就贵了，难于买到，性能也不好，所以除非必需，否则应该尽量避免高阻。在设计的Rf为1G到100G之间的场合，如果买不到，可以考虑采用10:1的T型电路，把Rf降低到1/10。

只看该作者 · 2011-8-27 20:21

谢谢lymex的解答。
看来要想测试范围宽就只能用多个Rf了。和一个朋友聊过，说可以自动切换Rf，不知道复不复杂。
还有，是不是商用仪器（比如吉时利）上Rf一般就用精密电阻了？精密电阻（是不是阻值太大就没有了）一般用在什么场合上？
LZ再给科普一下吧。

只看该作者 · 2011-8-27 23:33

请问楼主，对于弱电流的输入如果输入电缆很长，比如十几米，电缆的分布参数会对测试产生什么样的影响，应该如何解决？

只看该作者 · 2011-8-28 08:20

回楼上，微电流测试尽量避免长线缆，避免的方法可以吧仪器搬到现场，或者干脆在现场做个测试头，放大后再用长缆传输回来。

如果是在避免不了，那影响主要是并联的电容，还有因电缆造成的各种噪声。噪声没有太好的解决办法，可以换好的电缆、硬的电缆、电缆固定好、尽量排除干扰、振动。分布电容的影响，主要是会引起放大器振荡，因此要适当增大反馈电容，这样难免降低响应时间。

只看该作者 · 2011-8-28 08:25

回278楼
自动换档，在另外一个帖子里有讨论：https://bbs.21ic.com/icview-256099-2-1.html
简单说，最好用单片机来控制，以前也有用简单的逻辑对比控制的，例如低于10%量程则换高灵敏度档，超120%量程换低灵敏度档，用可逆计数器。
吉时利的仪器，用了很多精密高阻，阻值越高就越难做精密，价格也越贵，一般到1G可以做到0.2%、10G做到1%不成问题，也有1T、1%的，最高的有100T的，但这种电阻很难驾驭，要先从较低的电阻做起。除了微电流测试、静电测试仪外，高阻还用在精密高压上，微电流发生器、微电流校准仪上。

只看该作者 · 2011-8-28 10:06

楼主好！
在看了【DIY_高精度六位半数字多用表】**后，发现对GND的处理很讲究，前置放大和AD的REF都采用了不同GND，那么GND该如何划分？一点共地的概念是将分组GND通过一点连接还是分组后的GND要统一接到一个点上？
谢谢！

只看该作者 · 2011-8-28 10:47

只看该作者 · 2011-8-28 10:54

MARK

只看该作者 · 2011-8-28 12:15

谢谢

只看该作者 · 2011-8-28 13:40

楼主好！
在看了【DIY_高精度六位半数字多用表】**后，发现对GND的处理很讲究，前置放大和AD的REF都采用了不同GND，那么GND该如何划分？一点共地的概念是将分组GND通过一点连接还是分组后的GND要统一接到一个点上 ...
ffxb 发表于 2011-8-28 10:06

的确如此，一般模拟地比较敏感，要重点考虑，单点接地不是分组的，不同符号的地一般是引用方便而已，看个实例：

只有为什么要这样做，原因是所有的模拟地应该保持在一个电位，不让别的电流流过地路径而产生电压，也更不能让脉动的数字信号流过否则会产生干扰。单点接地就不给这样的干扰提供途径。当然，最后的数字地和模拟地要通过一条线连接到一起。

只看该作者 · 2011-8-29 09:49

谢楼主！

只看该作者 · 2011-8-29 15:16

楼主好。
出于好奇，一个反馈电阻，可以测量宽范围的电流，是不是用了开关电容的方式啊？

只看该作者 · 2011-8-29 23:33

回楼上，宽范围测试常见三种办法：
1、换档
2、PWM
3、对数法

图解DIY 1pA超微电流测试器

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