I-V转换电路中的电阻是越大越好吗？我的一点看法

只看该作者 · 2011-8-10 12:49

对于32楼说的王卫勋所证明的理论，我觉得有不妥之处。
首先，工程实际和现实生活中的情况和理想状况是有区别的。数学理论里可以有无穷大，现实生活中很难找到无穷大。王卫勋在证明时，所用的运放模型中是把OPA128运放的输入阻抗等效为无穷大了，现实中不存在输入阻抗无穷大的电阻，前面的贴子里已有OPA128和AD549输入阻抗分别是差分输入阻抗均是10的13次方欧姆||1PF，共模输入阻抗是10的15次方欧姆||2PF、10的15次方欧姆||0.8PF,而LM6001的输入阻抗是大于1T欧（即10的12次方）。据此，如果当反馈电阻大到一定的数值，如达到T欧时，或10T欧姆时，他图中的等效电路是否就少了运放的输入电阻了吧。那么这是他前面所说的电阻越大越好的结论也就不成立了吧

2万 · 2011-8-10 12:50

这个问题建议还真的要去看看物理，否则基本不会得到正确的答案。

热噪声其实是热辐射，说得是能量。阻抗匹配后才有电压或电流之提法。

只看该作者 · 2011-8-10 12:51

这是的等效电路应该是如下这个模型了

只看该作者 · 2011-8-10 12:52

R4是电流源的内阻，R2是运放反相输入端对地的共模电阻，R3是同相端对地的共模电阻，R1是运放的差模电阻，Rf是反馈电阻

只看该作者 · 2011-8-10 13:00

只看该作者 · 2011-8-10 13:00

只看该作者 · 2011-8-10 13:07

45楼的电路，和46楼的参数这些资料是AD549的说明书里的。电路中采用的电阻是10G欧，结果是：
“Laboratory results have shown that repeatable measurements within 10 fA can be realized when this apparatus is properly implemented.” 从这句话里可以读出，10fA可能做到。
“These results are achieved in part by the design of the circuit, which eliminates relays and other parasitic leakage paths in the high impedance signal lines, and in part by the inherent cancellation of errors through the calibration and measurement procedure.”
可见要达到10fA的测试结果，难度也不小

只看该作者 · 2011-8-10 13:46

回复25楼：
“2、我用了100G的时候，电容4.7pF，带宽0.5Hz，噪音峰峰值1.38fA，有效值0.3fA，与上面的理论值相符，见这里47楼：
https://bbs.21ic.com/icview-245474-3-1.html
3、我用了1T的时候，电容4.7pF，带宽0.05Hz，噪音峰峰值0.2fA，有效值0.04fA，与理论值0.029相近，见这里109楼：https://bbs.21ic.com/icview-245474-6-1.html
”
就楼上说的你的电路里的噪音有效值能达到0.3fA和0.04fA，我不知您采用了什么措施，如何测得这么小的值呢？在我没有完全明白之前表示怀疑。就此，我阐述一下我的观点：
一个电路中有运放，有电阻，有信号源，有电源，每个部分都回有噪声吧；电路总要连在一起吧，那么器件见就有距离，电路的板材的阻抗是有限的，在高阻的电路里，假设运放的供给电压是5V，电源到运放输入端的阻抗是10的14次欧姆（即100T），那么由于电源对运放的泄露电流也有50fA了，实际中的电源是有纹波的；空间中的电磁波的噪声或许也得考虑；布线之间的分布电容或许也得考虑

只看该作者 · 2011-8-10 13:48

只看该作者 · 2011-8-10 18:08

楼主对这个问题很有自己的见解，我再说说我的看法。
的确，25楼是用1kHz的电流噪音外推的低频噪音，不一定对。但从AD549和OPA128的数据看，应该可以认为，在常用的1Hz附近的带宽下，好的静电运放的电流噪音是0.1fA附近。当然也有更夸张的，比如最新的LMP7721这个参数是10fA每根号Hz，但其表现一点也不比别的运放差。

王卫勋的证明，我也没细看，所谓拿来主义。在吉时利《低电平测量手册》中文第6版2-58页上，也有类似的公式，可以推出电阻越大噪音越低的结论。当然，任何事物都是有个度，这个结论不会无限的成立下去，所以我见到3楼的公式后就感觉这是一个比较完整的，而且推测的确有个大约10T的极值。

有关AD549，这是个老器件了，Ib也不算太好，另外那种测试引入了电缆，可能会造成噪音和漏电。更重要的是，电路中用了个10：1的T型网络，会增大信号噪音。如果直接采用100G电阻就会好很多。

有关48楼的疑问，那个是换算的。因为电路就是I/V转换，从输出电压的变动，再除上反馈电阻，就是电流。由于Rf很大（1T），因此mV级别的输出，就是相当于fA的电流。最直接的证明，就是输入端通过另外一个1T接到1mV上，就是输入了一个1fA的电流，结果输出也有1mV的对应变化。有关泄露的问题，在我的帖子里也有说明，用了特富龙材料，漏阻在10的16次方以上，而且采取了等电位屏蔽，使得导电途径不是5V压差，而是不到1mV。其实，1fA就很小吗？也不见得。可以参考一下吉时利的**：Counting Electrons，看他们是如何测试0.001fA的：http://www.keithley.com/data?asset=50390

只看该作者 · 2011-8-10 22:12

本帖最后由 GavinZ 于 2011-8-10 22:28 编辑

我也赞赏一下楼主。
我用笔算了下，看看对不对。简单的说下我的看法：
我用信噪比SNR来说明楼主思考上的疏漏。

SNR = Vout/Vnoise = I*Rf /sqrt(Ib2*Rf2 + 4KT*Rf + en) = sqrt( I2/(Ib2 + 4KT/Rf + en/Rf2) )

可以看出，SNR随着Rf正比变化，这证明：Rf越大，越能测得更小的电流（在同一bandwidth条件）。

只看该作者 · 2011-8-10 22:16

还有，你的差模、共模输入阻抗，我认为在这里没有影响。
理由是，同相电压 = 反相电压 = 参考地

只看该作者 · 2011-8-14 16:08

大家看问题要全面：
从I/V理想模型看，并将I/V孤立起来看，反馈电阻越大，信噪比越高。
但是：
1，反馈电阻过高，必将受到泄漏电阻的限制
2，反馈电阻过高，必将受到运放输入阻抗和开环增益的限制（运放理想的程度）
3，反馈电阻过高，必将带来稳定性与响应速度的矛盾
4，反馈电阻过高，必将受到环境噪声（不是指I/V自身噪声）的限制

做任何事，都有前提条件和约束因素，这是自然法则。

微信号测量，工艺的确很重要，但主要还是技术（或所谓刁虫小计）。

武断和凭空臆想，都是经不起实践检验的。

彭建学上海

只看该作者 · 2011-8-14 16:25

反馈电阻过大, 泄漏电阻影响极大,这是我不认同的原因.

微电流测量仅靠增大电阻和工艺, 那还要什么技术(雕虫小技)?这不是忽悠吗?

彭建学上海

只看该作者 · 2011-8-14 18:13

反馈电阻过大, 泄漏电阻影响极大,这是我不认同采用超高阻的原因.

微电流测量仅靠增大电阻和工艺, 那还要什么技术(雕虫小技)?这不是忽悠吗?

彭建学上海

只看该作者 · 2011-8-14 21:25

楼上所说的4个问题，是测试微电流尤其是超微电流所必需面对的问题。
事实上，直到1T的反馈电阻时，这些问题都解决的很好。吉时利很早的静电计642和较新的6430，里面都用了1T电阻，取得了0.1fA的实际分辨能力；而我在DIY 超微电流的帖子里也对100G电阻和1T电阻进行了验证，达到或接近了理论极限，效果极佳。

如果不承认这些实事，那才是真正是武断和凭空臆想。