CN111404491A - 一种电压自动补偿的t型电阻网络跨阻放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路，所述放大电路包括：跨阻输入电路，电压跟随电路，电压增益电路，补偿电压调节网络电路。与现有技术相比，本发明采用T型电阻网络实现跨阻放大器中的超大阻值反馈电阻，摒弃了价格昂贵、安装与维护成本高及误差大的大阻值电阻；采用电压自动补偿电路克服了T型电阻网络引入的大失调电压误差，同时也消除了偏置电流通过大反馈电阻产生的误差，使得一个网络解决两个问题；该电路完全采用硬件完成，相比采集输出电压，再通过软件进行失调电压调节，电路结构更简单，调零更快，误差更小，极大的提高了微弱电流测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及通用的微弱信号测量电子技术领域，特别涉及一种电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路。
背景技术
在通用的微弱信号测量电子技术领域中fA到pA量级的电流测量，通常采用反相放大电路，将电流转换成电压。由于电流非常小，反馈电阻需要达到T欧量级，这样的大电阻主要带来两方面的问题。一方面运算放大器的偏置电流在反馈电阻上形成压降，给输出电压带来偏差。另一方面，T欧量级的电阻器很多需要真空管封装，价格昂贵，使用的要求很高，T型电阻网络以低阻值电阻器实现大的反馈电阻，可以用来替代单个电阻器，但是与单个大电阻相比，T型电阻网络结构中，失调电压的影响巨大，往往使测量电路直接进入饱和状态，严重影响测量结果的准确度。
发明内容
本发明目的在于提供一种电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路，使该电路根据输出电压自动调节同相端补偿电压，实现精准调零，以达到微弱电流测量灵敏度和动态范围要求的技术效果。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路，所述放大电路包括：
跨阻输入电路，所述跨阻输入电路包括低偏置电流运算放大器A1以及T型电阻网络，T型电阻网络构成反馈电阻接在低偏置电流运算放大器的反相输入端与输出之间，低偏置电流运算放大器A1同相输入端通过电阻R4接压控电流源；
电压跟随电路，所述电压跟随电路包括运算放大器A2，所述运算放大器A2同相输入端连接低偏置电流运算放大器A1输出端，所述运算放大器A2输出端通过电阻R1连接电压增益电路；
电压增益电路，所述电压增益电路包括运算放大器A3，运算放大器A3反相输入端连接电阻R1，且运算放大器A3反相输入端与输出端之间并联有电阻R2、低通滤波电容C1，运算放大器A3输出端通过开关K连接补偿电压调节网络电路；
补偿电压调节网络电路，所述补偿电压调节网络电路包括电阻R3、反相积分电路以及压控电流源，反相积分电路包括运算放大器A4与积分电容C2，其中积分电容C2一端连接运算放大器A4输出端，另一端连接运算放大器A4的反相输入端，电阻R3一端连接开关K，另一端连接运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4输出端还与压控电流源连接；
所述运算放大器A3同相输入端与运算放大器A4同相输入端均接地。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明的电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路，采用T型电阻网络实现跨阻放大器中的超大阻值反馈电阻，摒弃了价格昂贵、安装与维护成本高及误差大的大阻值电阻；采用电压自动补偿电路克服了T型电阻网络引入的大失调电压误差，同时也消除了偏置电流通过大反馈电阻产生的误差，使得一个网络解决两个问题；该电路完全采用硬件完成，相比采集输出电压，再通过软件进行失调电压调节，电路结构更简单，调零更快，误差更小，极大的提高了微弱电流测量的准确度。
附图说明
图1为本发明的电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路原理图。
图中：跨阻输入电路100，电压跟随电路200，电压增益电路300，补偿电压调节网络电路400。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明的一种电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路，所述放大电路包括：
跨阻输入电路100，所述跨阻输入电路100包括低偏置电流运算放大器A1以及T型电阻网络，典型的偏置电流值在几fA到几十fA，T型电阻网络构成反馈电阻接在低偏置电流运算放大器的反相输入端与输出之间，低偏置电流运算放大器A1同相输入端通过电阻R4接压控电流源；
电压跟随电路200，所述电压跟随电路200包括运算放大器A2，所述运算放大器A2同相输入端连接低偏置电流运算放大器A1输出端，所述运算放大器A2输出端通过电阻R1连接电压增益电路；
电压增益电路300，所述电压增益电路300包括运算放大器A3，运算放大器A3反相输入端连接电阻R1，且运算放大器A3反相输入端与输出端之间并联有电阻R2、低通滤波电容C1，运算放大器A3输出端通过开关K连接补偿电压调节网络电路；
补偿电压调节网络电路400，所述补偿电压调节网络电路400包括电阻R3、反相积分电路以及压控电流源，反相积分电路包括运算放大器A4与积分电容C2，其中积分电容C2一端连接运算放大器A4输出端，另一端连接运算放大器A4的反相输入端，电阻R3一端连接开关K，另一端连接运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4输出端还与压控电流源连接；
所述运算放大器A3同相输入端与运算放大器A4同相输入端均接地。
根据上述电路结构对本发明作进一步描述如下：
其中，低偏置电流运算放大器A1简称A1，运算放大器A2简称A2，运算放大器A3简称A3，运算放大器A4简称A4。
Ra，Rb与Rc构成T型电阻网络，A1输出电压V1可表示为：
其中，V′os为运算放大器A1自身的失调电压，Ib为A1偏置电流，I为输入电流。
在电路调零模式下，电路输入端没有电流输入，且开关K闭合。运算放大器A1的同相输入端电压Vos存在以下几种情况：
当
Vos＞IbRa-V′os
V3为正，电流通过电阻R3流向电容C2，Vc电位反向增大，压控电流源输出电流反向增大，Vos减小，从而使V3减小。
同样，当
Vos＜IbRa-V’os
V3为负，电流通过电阻R3流出电容C2，Vc电位反向减小，压控电流源输出电流反向减小，Vos增大，从而使V3增大。
当
Vos＝IbRa-V’os
则A3输出电压V3为0，没有电流流过电阻R3，电容C2上电压不变，V3保持为0不变。
在调零模式中，V3保持0电位是稳态，因此可以实现调零。
V3电位为0时，压控电流源固定输出，并与A4断开，同时开关K接地，调零完成，电路进入测量模式，A3输出电位V3与输入电流成正比。
综合本发明的电路结构与工作原理可知，采用T型电阻网络实现跨阻放大器中的超大阻值反馈电阻，摒弃了价格昂贵、安装与维护成本高及误差大的大阻值电阻；采用电压自动补偿电路克服了T型电阻网络引入的大失调电压误差，同时也消除了偏置电流通过大反馈电阻产生的误差，使得一个网络解决两个问题；该电路完全采用硬件完成，相比采集输出电压，再通过软件进行失调电压调节，电路结构更简单，调零更快，误差更小，极大的提高了微弱电流测量的准确度。
Claims (1)
1.一种电压自动补偿的T型电阻网络跨阻放大电路，其特征在于，所述放大电路包括：
跨阻输入电路，所述跨阻输入电路包括低偏置电流运算放大器A1以及T型电阻网络，T型电阻网络构成反馈电阻接在低偏置电流运算放大器的反相输入端与输出之间，低偏置电流运算放大器A1同相输入端通过电阻R4接压控电流源；
电压跟随电路，所述电压跟随电路包括运算放大器A2，所述运算放大器A2同相输入端连接低偏置电流运算放大器A1输出端，所述运算放大器A2输出端通过电阻R1连接电压增益电路；
电压增益电路，所述电压增益电路包括运算放大器A3，运算放大器A3反相输入端连接电阻R1，且运算放大器A3反相输入端与输出端之间并联有电阻R2、低通滤波电容C1，运算放大器A3输出端通过开关K连接补偿电压调节网络电路；
补偿电压调节网络电路，所述补偿电压调节网络电路包括电阻R3、反相积分电路以及压控电流源，反相积分电路包括运算放大器A4与积分电容C2，其中积分电容C2一端连接运算放大器A4输出端，另一端连接运算放大器A4的反相输入端，电阻R3一端连接开关K，另一端连接运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4输出端还与压控电流源连接；
所述运算放大器A3同相输入端与运算放大器A4同相输入端均接地。
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