[发明专利]一种微电流测量电路

说明书

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。