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直流微电流前置放大器的研究 Ib 是运放的偏置电流,当 Ib 大于 Is,则 Is 信号被淹没,将无法测量,由以上分析可以看出, 影响微电流测量的首要因素是运放的偏置电流 Ib,其次是噪声电压和零点漂移。 微电流放大器要满足以下两个条件: (1 ) 放大器输入阻抗要足够大,即 Ri 要远远大于 Rf,Ri 表示运放输入阻抗,Rf 表示 反馈电阻 (2 ) 噪声和漂移要小于被测信号电流,即信噪比要高,否则输出的噪声电压或漂移电 压将使输出的信号电压淹没或使输出信号难以辨别 放大器的灵敏度:直流微电流放大器能有效放大的最小电流。 I-V 变换式直流微电流放大器的灵敏度一般能达到 10-15 因此可知电阻 Rf 的数值越大,放大器的灵敏度越高。但是由于电阻本身的热噪 声及分布电容跟电阻阻值成正比,Rf 增大时漂移及噪声亦随之上升。所以当 Rf 足够大时, 再继续增加 Rf 的数值,并不能使放大器的灵敏度继续提高。 增大 Rf 还受到下面两方面的限制: (1 ) 当 Rf 过大时,要求放大器的输入阻抗更大,否则将对信号有很大的分流作用。 由于放大器的输入阻抗是有限的,所以当 Rf 大到一定程度后,将不会有效的增 加灵敏度。 (2 ) Rf 过大时,放大器的响应时间要增长。在 I-V 变换式直流微电流放大器中,输入 待测电流后,放大器的输出电压不是立刻就达到稳定值,而是需要一定的时间, 这就是放大器的响应时间 Tc。决定响应时间的因素有:放大器的输入电容、反 馈电阻 Rf、反馈电阻 Rf 两端的电容 C 等 减小噪声及干扰的措施 (1 ) 在 I-V 变换式直流微电流放大器的设计中,运放的选择至关重要,主要考虑以下几 个参数。 一、 偏置电流 Ib 足够小; 二、 失调电压 Vos 要足够小; 三、 输入阻抗要足够大; 四、 温漂及噪声系数要尽量小。 (2 ) 电路设计工艺 一、 引线合理 二、 屏蔽密封 三、 电源及接地 提高测量精度的措施及电路设计 (1 ) 基流补偿电路 在许多情况下,输入电流包含有较大的本地电流(基流或初始电流) ,如运算放 大器的偏置电流等。常用的基流补偿电路有两种:串联补偿和并联补偿电路 串联补偿: 优点:电路简单、对被测信号无影响,补偿范围宽。 缺点:需要独立电源 E,当 Rf 数值改变时,需要重新调整补偿电压 Ub 的值。 并联补偿电路: 通过调整 P1 来得到所需要的补偿电流 i。C1、C2、R2、R3 构成了双低通滤波器,进一步提 高输出信号的稳定性。C3 起消除噪声作用,容量不能太大,否则会影响放大器的响应时间。 优点:当 Rf 改变时无需重新调节电位器 P1。 缺点:电阻 R9 对被测电流 Is 有分流作用,为保证测量的准确度,通常要求满足 R9 大于等 于(10100 )Rf。 在实践的应用中,图中的电位器 P1 由下图所示的电路代替。 、 (2 ) 反馈电路结构改进 (3 ) 输入电缆屏蔽电容归还处理 微极化电流检测研究 目前国外先进的恒电位仪,在电路
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