CN105510674A - 一种微电流测量电路 - Google Patents

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陈灵聪
宋翔鹰
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SHANGHAI LEICI ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
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SHANGHAI LEICI ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
INESA SCIENTIFIC INSTRUMENT CO Ltd
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Abstract

本发明一种微电流测量电路，具体指一种电化学仪器等的微电流测量电路，涉及微弱电信号的检测技术领域。本发明包括电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器U1，第二运算放大器U2和切换开关S及电源作电的连接；第一运算放大器U1分为两路运放U1A和U1B；由电阻器R1、R2、R3、R4与第一运算放大器U1A构成加法器；第一运算放大器U1B为第一跟随器，第二运算放大器U2为第二跟随器；等效RX位于Ua和Ub之间；切换开关S1一端与Ub端连接，另一端与R5或R6连接。本发明在采用单电源供电，低功耗的器件时，在便携式仪器中具有广阔的应用前景。

Description

一种微电流测量电路
技术领域
本发明涉及微弱电信号的检测技术领域，具体指一种电化学仪器等的微电流测量电路。
背景技术
随着科技发展，极限条件下的试验测量已成为进一步认识大自然的重要手段，这些试验中测量的都是一些非常弱的物理量，比如弱磁、弱声、弱光、弱振动、弱生物信号等，由于这些微弱的信号一般都是通过传感器进行I/V电量转换，使待测的弱信号转换成电信号。实际测量时，噪声和干扰无法回避，影响了测量的灵敏度和准确度。
在以研究测量pA级电流为目的，开发设计出精度为0.5级的微电流测量仪，测量的最小范围为1pA，对于pA级电流测量，测量电路无法直接捕获电流信号，需要进行I/V转换。对于转换后的电压信号需进行进一步的放大，否则会被运算放大器的失调电压、偏置电流这些直流信号干扰。问题在于，在放大捕获待测信号的同时，工频干扰、噪声、电路失调等杂质信号也同时被放大，所以需要设计出相关的后续电路加以过滤、去除。一般对于工频干扰，通过采取屏蔽、滤波即可。而对于电路失调等这些直流杂质信号的消除，成为新的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于消除杂波、干扰源信号，以达到精确稳定测量微弱电流，提出一种微电流的测量电路。
本发明基于传统的I/V转换电路随着微电流的测量，会因增大反馈电阻，引起噪声，引起运放的失调，增加测量的误差，而采用加法器原理，将产生微弱电流直接流过大电阻产生对应的电压，然后经过一个微电流跟随器，达到了较好的测量效果。
本发明一种微电流的测量电路工作原理(如附图1所示)简述如下：
一种微电流的测量电路，包括电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器U1，其中U1分为两路运放U1A和U1B，第二运算放大器U2和切换开关S1及电源作电路连接。
所述RX为待测量电路的等效电阻器。
首先，根据加法器原理，由电阻器R1、R2、R3、R4和第一运算放大器U1A构成加法器。
所述电阻器R1、R2用以决定放大电路的电压控制增益，当R1＝R2＝R3＝R4时，第一运算放大器U1A的输出Ua＝Ui+Uc。
第一运算放大器U1B为第一跟随器，Ub为第一跟随器的输入，Uc为第一跟随器的输出，则Uc＝Ub。
其次，等效RX位于Ua与Ub之间。根据电流电势的流向原理，等效电阻器RX的电流由Ua流向Ub，电流为Iab，根据欧姆定律Iab＝(Ua-Ub)/RX，从上述得知Ua＝Ui+Uc、Ub＝Uc；则Iab＝Ui/RX。
第二运算放大器U2为第二跟随器，Ub为第二跟随器的输入，Uo为第二跟随器的输出。
根据跟随器原理Uo＝Ub。根据欧姆定律Ub＝Iab*R6；所以Uo＝Iab*R6；根据上述Iab＝Ui/RX，则Uo＝Ui/RX*R6。
再次，根据测量的量程设置切换开关S1，切换开关S1一端与Ub端连接，另一端与R5或R6连接。
根据Ui和RX的选择可以产生很微小的电流，流经R6，根据R6的值测量Uo可以准确测量Iab。
根据运放LMC6001的特点，它最大Ib才为25fA，电流输入噪声才0.13fA/√Hz，能够准确检测pA级的电流检测。
综上所述，本发明一种微电流的测量电路，采用加法器原理，将产生微弱电流直接流过大电阻产生对应的电压，然后经过一个微电流跟随器，达到了较好的测量效果。
附图说明
图1为本发明一种微电流的测量电路原理图；
图2为本发明实施例1pA测试的效果图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
实施例，在微量溶解氧中应用测量电路，包括电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器U1，第二运算放大器U2和切换开关S1及电源作电路连接。
其中，
第一运算放大器U1分为两路运放U1A和U1B，
由电阻器R1、R2、R3、R4与第一运算放大器U1A构成加法器。
第一运算放大器U1B为第一跟随器，输入端为Ub，输出端为Uc。
第二运算放大器U2为第二跟随器，输入端为Ub，输出端为Uo。
切换开关S1一端与Ub端连接，另一端与R5或R6连接。
其中，Ui从600到800mV；
电阻器R1＝R2＝R3＝R4，阻值从10KΩ到1MΩ；电阻器R6，阻值从100KΩ到10GΩ，电源VCC，电压3.3V到15V。
Ua和Ub引出两个接线端子，其中，Ua端子接微量溶解氧电极的阳极，Ub端子接微量溶解氧电极的阴极；等效RX被微量溶解氧电极所替换。
当微量溶解氧电极产生的微弱电流流经电阻器R6，检测Uo便可进行微量溶解氧电流Iab的检测。
根据Iab＝Uo/R6，Ui＝1mV，R5＝R6＝1GΩ；检测Uo＝1mV，换算Iab＝1pA。
其效果(如附图2所示)。
综上所述，本发明一种微电流测量电路，基于加法器原理，将产生微弱电流直接流过大电阻产生对应的电压，然后经过一个微电流跟随器等的电路连接。采用单电源供电，选用普通的低功耗的器件，在便携式仪器中具有广阔的应用前景。

Claims (3)

1.一种微电流的测量电路，其特征在于，包括电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一运算放大器U1，第二运算放大器U2和切换开关S1及电源作电的连接；
其中，第一运算放大器U1分为两路运放U1A和U1B；
由电阻器R1、R2、R3、R4与第一运算放大器U1A构成加法器；
第一运算放大器U1B为第一跟随器，第二运算放大器U2为第二跟随器；
切换开关S1一端与Ub端连接，另一端与R5或R6连接。
2.如权利要求1所述的一种微电流的测量电路，其特征在于，
所述第一跟随器的输入端为Ub，输出端为Uc；
所述第二跟随器的输入端为Ub，输出端为Uo；
所述等效RX位于Ua和Ub之间；
所述电阻器R1、R2用以决定放大电路的电压控制增益，当R1＝R2＝R3＝R4时，第一运算放大器U1A的输出Ua＝Ui+Uc。
3.如权利要求1、2所述的一种微电流的测量电路，其特征在于，所述电阻器R1＝R2＝R3＝R4，阻值：10KΩ到1MΩ；
所述电阻器R5，R6阻值：100KΩ到10GΩ；
所述等效RX为待测量电路的等效电阻器；
所述电源VCC，电压值：3.3V到15V；
所述第一运算放大器U1，第二运算放大器U2，选择Ib较小符合fA级要求；
所述切换开关S1采用SW-SPDT。
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