CN214794989U - 一种电流倍增电路及检测设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电流倍增电路及检测设备，包括：运算放大器、晶体管、第一电阻及第二电阻；运算放大器的同相输入端分别与输入的第一电流和第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第一电压连接；运算放大器的反相输入端分别与晶体管的源极和第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第一电压连接；运算放大器的输出端与晶体管的栅极连接；晶体管的漏极输出第二电流。本实用新型通过调节第一电阻和第二电阻的比例关系，调节第一电流和第二电流的比例关系。本实用新型的运算放大器的高精度提高了电流的放大精度；电流放大的比例关系跟随电阻的比例关系，极大的提高了电流的放大倍数；电阻的小面积减小了电流倍增电路的面积，极大的降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电流检测技术领域，特别是涉及一种电流倍增电路及检测设备。
背景技术
请参阅图1及图2，现有技术中典型N型比例为1:N的电流倍增电路如图1所示，主要包括晶体管M1和晶体管M2；典型P型比例为1:N的电流倍增电路如图2所示，主要包括晶体管M3和晶体管M4；为方便描述，输入电流统称为ID1，输出电流统称为ID2，其中，输入电流ID1为镜源，输出电流ID2为镜像，在不考虑沟长调制因素下，电流输入输出关系为：ID2＝N*ID1，其中N为镜像比系数，它与电流镜内部的晶体管M1和晶体管M2参数的沟道尺寸有关。
采用这种方式对电流进行放大，由于电流镜面积大、精度相对比较低、而且受输出电压影响比较大，导致镜像放大比例通常小于10倍，当需要实现大比例电流倍增的时候，电流镜电路的面积和晶体管的失配会严重影响倍增精度；若相应增大电流倍增电路的体积，则导致成本大幅度增加。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电流倍增电路及检测设备，用于解决现有技术中放大比例较小，若提高放大比例会导致精度降低及成本大幅增加的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型采用如下技术方案：
第一方面，本实用新型提供一种电流倍增电路，包括：运算放大器、晶体管、第一电阻及第二电阻；
所述运算放大器的同相输入端分别与输入的第一电流和所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与第一电压连接；
所述运算放大器的反相输入端分别与晶体管的源极和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与第一电压连接；
所述运算放大器的输出端与所述晶体管的栅极连接；
所述晶体管的漏极输出第二电流。
采用这种方案，输入的第一电流在第一电阻上产生的电压通过运算放大器复制到第二电阻上，在第一电阻和第二电阻上的压降相同的条件下，通过调节第一电阻和第二电阻的比例关系，即可调节第一电流和第二电流的比例关系。本实用新型的运算放大器的高精度提高了电流的放大精度；电流放大的比例关系跟随电阻的比例关系，极大的提高了电流的放大倍数；电阻的小面积减小了电流倍增电路的面积，极大的降低了成本。
于本实用新型的一实施例中，还包括第一保护电路，所述第一保护电路连接于所述运算放大器的同相输入端与地线之间。
于本实用新型的一实施例中，所述第一保护电路包括第一电容；
所述第一电容并联在所述第一电阻的两端。
于本实用新型的一实施例中，还包括第二保护电路，所述第二保护电路连接于输入的第一电流和所述运算放大器的同相输入端之间。
于本实用新型的一实施例中，所述第二保护电路包括第三电阻；
所述第三电阻的一端与输入的第一电流连接，另一端与所述运算放大器的同相输入端连接。
于本实用新型的一实施例中，还包括第三保护电路，所述第三保护电路连接于所述运算放大器的反相输入端与地线之间，用于提高电源地噪声的抑制能力。
于本实用新型的一实施例中，所述第三保护电路包括第二电容；
所述第二电容并联在所述第二电阻的两端。
于本实用新型的一实施例中，所述晶体管为N型晶体管。
于本实用新型的一实施例中，所述第一电阻和所述第二电阻均为精密电阻。
第二方面，本实用新型提供一种检测设备，包括如上述第一方面中任一项所述的电流倍增电路。
如上所述，本实用新型的一种电流倍增电路及检测设备，具有以下有益效果：
本实用新型输入的第一电流在第一电阻上产生的电压通过运算放大器复制到第二电阻上，在第一电阻和第二电阻上的压降相同的条件下，通过调节第一电阻和第二电阻的比例关系，即可调节第一电流和第二电流的比例关系。本实用新型的运算放大器的高精度提高了电流的放大精度；电流放大的比例关系跟随电阻的比例关系，极大的提高了电流的放大倍数；电阻的小面积减小了电流倍增电路的面积，极大的降低了成本。
附图说明
图1显示为现有技术中公开的N型电流倍增电路的接线示意图。
图2显示为现有技术中公开的P型电流倍增电路的接线示意图。
图3显示为本实用新型实施例中公开的一种电流倍增电路接线示意图。
图4显示为本实用新型实施例中公开的另一种电流倍增电路接线示意图。
图5显示为本实用新型实施例中公开的另一种电流倍增电路接线示意图。
图6显示为本实用新型实施例中公开的另一种电流倍增电路接线示意图。
图7显示为本实用新型实施例中公开的另一种电流倍增电路接线示意图。
图8显示为本实用新型实施例中公开的另一种电流倍增电路接线示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图3，本实用新型的实施例提供一种电流倍增电路，包括：运算放大器Q1、晶体管M5、第一电阻R1及第二电阻R2。
运算放大器Q1的同相输入端分别和输入的第一电流IIN和第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第一电压连接。
运算放大器Q1的反相输入端分别与晶体管M5的源极和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第一电压连接；
运算放大器Q1的输出端与晶体管M5的栅极连接；
晶体管M5的漏极输出第二电流IOUT。
工作原理如下：第一电流IIN流过第一电阻R1，在运算放大器Q1的同相输入端产生V+ 电压，并打开运算放大器Q1，输出高电平到晶体管M5的栅极，晶体管M5导通后，产生第二电流IOUT，第二电流IOUT流过第二电阻R2，在运算放大器Q1的反相输入端产生V-电压，由运算放大器Q1的特征可知，V+＝V-，最终达到平衡后，IOUT/IIN＝R1/R2，由此，可通过调节电阻的比例来实现调节电流的放大比例。
需要说明的是，为了保证放大精度，第一电阻R1和第二电阻R2应选取线性度一致、且高精度的精密电阻。由于只需要保证第一电阻R1和第二电阻R2的相对精度就可以得到很好的放大效果，比起原有电流镜电路，面积和放大效果都有很大优势。
采用这种方案，输入的第一电流在第一电阻R1上产生的电压通过运算放大器Q1复制到第二电阻R2上，在第一电阻R1和第二电阻R2上的压降相同的条件下，通过调节第一电阻 R1和第二电阻R2的比例关系，即可调节第一电流和第二电流的比例关系。本实用新型的运算放大器Q1的高精度提高了电流的放大精度；电流放大的比例关系跟随电阻的比例关系，极大的提高了电流的放大倍数；电阻的小面积减小了电流倍增电路的面积，极大的降低了成本。
需要说明的是，本实施例中的晶体管M5为N型晶体管，为了与晶体管M5相配合，本实施例中的第一电压可以与地线连接。
可选的，晶体管也可选用P型晶体管，当晶体管为P型时，其接线示意图如图6所示，包括：运算放大器Q2、晶体管M6、第四电阻R4及第五电阻R5。
运算放大器Q2的同相输入端分别和输入的第一电流IIN和第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与第二电压连接。
运算放大器Q2的反相输入端分别与晶体管M6的源极和第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与第二电压连接；
运算放大器Q2的输出端与晶体管M6的栅极连接；
晶体管M6的漏极输出第二电流IOUT。
需要说明的是，第二电压为正电压，该正电压的实际值可根据运算放大器Q2和晶体管 M6的特性选取。
工作原理如下：第一电流IIN流过第四电阻R4，在运算放大器Q2的同相输入端产生V+ 电压，并打开运算放大器Q2，输出高电平到晶体管M6的栅极，晶体管M6导通后，产生第二电流IOUT，第二流IOUT流过第五电阻R5，在运算放大器Q2的反相输入端产生V-电压，由运算放大器Q1的特征可知，V+＝V-，最终达到平衡后，IOUT/IIN＝R4/R5，由此，可通过调节电阻的比例来实现调节电流的放大比例。
应理解，上述实施例中所采用的电子元器件，具体选型时要根据实际需要进行配置，本方案不对具体型号做限定。
可选的，作为一个实施例，还包括第一保护电路，第一保护电路连接于运算放大器的同相输入端与地线之间，用于提高电源地噪声的抑制能力。
请参阅图4，图4中晶体管M5为N型晶体管，
可选的，第一保护电路包括第一电容C1，第一电容C1并联在第一电阻R1的两端。
请参阅图7，图7中晶体管M6为P型晶体管，
可选的，第一保护电路包括第三电容C3，第三电容C3并联在第四电阻R4的两端。
可选的，还包括第二保护电路，第二保护电路连接于输入的第一电流和运算放大器的同相输入端之间，用于降低外端电源地的扰度引起的偏差。
请参阅图5，图5中晶体管M5为N型晶体管，
可选的，第二保护电路包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与输入的第一电流IIN连接，另一端与运算放大器Q1的同相输入端连接。
请参阅图8，图8中晶体管M6为P型晶体管，
可选的，第二保护电路包括第六电阻R6，第六电阻R6的一端与输入的第一电流IIN连接，另一端与运算放大器Q2的同相输入端连接。
第三电阻R3与第一电容C1相串联，组成低通滤波器，可以降低外端电源地瞬态的噪声干扰，降低外端电源地的扰度引起的偏差，进而提高输出电流的精度。
第六电阻R6与第三电容C3相串联，也可组成低通滤波器，可以降低外端电源地瞬态的噪声干扰，降低外端电源地的扰度引起的偏差，进而提高输出电流的精度。
可选的，作为一个实施例，还包括第三保护电路，第三保护电路连接于运算放大器的反相输入端与地线之间，用于提高电源地噪声的抑制能力。
请参阅图4，图4中晶体管M5为N型晶体管，
可选的，第三保护电路包括第二电容C2，第二电容C2并联在第二电阻R2的两端。
请参阅图7，图7中晶体管M6为P型晶体管，
可选的，第三保护电路包括第四电容C4，第四电容C4并联在第四电阻R4的两端。
本实用新型的实施例还提供一种检测设备，包括如上述实施例中任一项所述的电流倍增电路。
本实施例的检测设备，可用于检测小电流，其配置的电流倍增电路，可将输入的第一电流在第一电阻上产生的电压通过运算放大器复制到第二电阻上，在第一电阻和第二电阻上的压降相同的条件下，通过调节第一电阻和第二电阻的比例关系，即可调节第一电流和第二电流的比例关系。本实用新型的运算放大器的高精度提高了电流的放大精度；电流放大的比例关系跟随电阻的比例关系，极大的提高了电流的放大倍数；电阻的小面积减小了电流倍增电路的面积，极大的降低了成本。
综上所述，本实用新型的一种电流倍增电路及检测设备，本实用新型输入的第一电流在第一电阻上产生的电压通过运算放大器复制到第二电阻上，在第一电阻和第二电阻上的压降相同的条件下，通过调节第一电阻和第二电阻的比例关系，即可调节第一电流和第二电流的比例关系。本实用新型的运算放大器的高精度提高了电流的放大精度；电流放大的比例关系跟随电阻的比例关系，极大的提高了电流的放大倍数；电阻的小面积减小了电流倍增电路的面积，极大的降低了成本。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种电流倍增电路，其特征在于，包括：运算放大器、晶体管、第一电阻及第二电阻；
所述运算放大器的同相输入端分别与输入的第一电流和所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与第一电压连接；
所述运算放大器的反相输入端分别与晶体管的源极和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与第一电压连接；
所述运算放大器的输出端与所述晶体管的栅极连接；
所述晶体管的漏极输出第二电流。
2.根据权利要求1所述的电流倍增电路，其特征在于：还包括第一保护电路，所述第一保护电路连接于所述运算放大器的同相输入端与地线之间。
3.根据权利要求2所述的电流倍增电路，其特征在于：所述第一保护电路包括第一电容；
所述第一电容并联在所述第一电阻的两端。
4.根据权利要求3所述的电流倍增电路，其特征在于：还包括第二保护电路，所述第二保护电路连接于输入的第一电流和所述运算放大器的同相输入端之间。
5.根据权利要求4所述的电流倍增电路，其特征在于：所述第二保护电路包括第三电阻；
所述第三电阻的一端与输入的第一电流连接，另一端与所述运算放大器的同相输入端连接。
6.根据权利要求1所述的电流倍增电路，其特征在于：还包括第三保护电路，所述第三保护电路连接于所述运算放大器的反相输入端与地线之间，用于提高电源地噪声的抑制能力。
7.根据权利要求6所述的电流倍增电路，其特征在于：所述第三保护电路包括第二电容；
所述第二电容并联在所述第二电阻的两端。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电流倍增电路，其特征在于：所述晶体管为N型晶体管。
9.根据权利要求1所述的电流倍增电路，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻均为精密电阻。
10.一种检测设备，其特征在于：包括如权利要求1-9中任一项所述的电流倍增电路。
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