專利名稱:微電流計的制作方法
本發(fā)明屬于電流測量裝置。
微電流計用于放大測量微弱電流，其主要部分為微電流放大器。已有的微電流放大器多采用MOSFET管，其主要的缺點是在微電流計工作的頻域(f≤10Hz)內(nèi)，等效噪聲電阻較大，噪聲指標差，抗沖擊能力差。例如美國DEV公司1983年生產(chǎn)的BECKETT型空氣離子及遷移率測定儀所用微電流計的分辨率為10-14A。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種噪聲低、靈敏度高、功耗低的微電流計，微電流計由微電流放大器、濾波器、顯示器、電源和量程轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。微電流放大器包括輸入級和后隨運放。輸入級采用差分式源極跟隨器電路，選用高阻結(jié)型場效應(yīng)對管(JFET管)IC1與源極電阻R1、R2組成一個差分式源極跟隨器，具有較高的輸入電阻。用另外兩個場效應(yīng)管BG1、BG2分別作為它的上、下恒流源，高速下恒流源電流的大小，使流過IC1兩管的漏極電流ID值近似相等。因為柵壓電壓VGS是ID的函數(shù)，所以調(diào)整下恒流源電流的大小同時也調(diào)整了IC1兩管的VGS大小。流過上、下恒流源BG1、BG2的電流基本相等，當下恒流源確定之后，上恒流源也就隨之確定了，與此對應(yīng)的BG1管的VGS值也就基本不變。IC1的柵漏電壓VDS是BG1管VGS的一部分，調(diào)整BG1管柵源回路的電阻阻值，即可改變電阻上的壓降，從而達到調(diào)整IC1的VDS的目的，后隨功放IC2采用一級低功耗運算放大器。
為了實現(xiàn)良好的溫度補償，必須對輸入偏流加以補償。尤其在靈敏度較高的情況下，輸入級的柵極電流IG將對測試造成很大影響。由于柵流是溫度的函數(shù)，為了補償由于溫度變化所引起的漂移，可在微電流放大器輸入“+”端(即同相端)加上補償電阻，其阻值等于反饋電阻RF。顯而易見，只要選用輸入JFET對管兩側(cè)柵耗相等，就能減弱輸入偏流對輸出電壓的影響，實現(xiàn)良好的溫度補償。
微電流放大器采用反饋電阻擴展法，即微電流放大器的反饋環(huán)路在靈敏度高的兩檔采用了“T型反饋電阻擴展”，其等效電路如附圖2。當R11、R12《RF，開環(huán)增益A》1時，可以很容易推出其輸出電壓u。與輸入電源IS有如下關(guān)系uo＝ ((RF+R12)+R12·RF)/(R11+(1+A)R12) ·AIS= -(1+ (R11)/(R12) )RF·IS(1)即等效反饋電阻為RF′=(1+ (R11)/(R12) )RF(2)顯然，擴展了(1+ (R11)/(R12) )倍。若令(1+ (R11)/(R12) )＝10，則可以在不影響靈敏度的前提下，使電路實際的電阻RF縮小10倍。由于高阻阻值越高，其高穩(wěn)定性越難保證，對電路中絕緣材料和量程轉(zhuǎn)換開關(guān)的要求也越高，因此，縮小高阻阻值正好克服了上述缺點，因而提高了整機的精確度和穩(wěn)定性。
本發(fā)明還在微電流放大器中采用了“輸入電纜懸置法”。在微電流放大器的使用過程中，其輸入端到信號源或被測信號之間必須用屏蔽電纜連結(jié)，傳統(tǒng)的做法是把電纜的屏蔽層接地，但是，它將引入“電纜噪聲”，使輸出噪聲增高。為了克服“電纜噪聲”，本發(fā)明不把電纜的屏蔽層接地，而是直接接到微電流放大器的輸出端u0，信號源或被測信號的地線與微電流放大器的地線用一條導(dǎo)線連接。這樣，就把輸入電纜的分布電容引入到反饋環(huán)中，作了“歸環(huán)”處理，從而大大降低了輸出噪聲。
微電流放大器采用穩(wěn)壓電源供電。濾波電路采用阻容元件組成。顯示器可采用3 1/2 位數(shù)字表頭。量程轉(zhuǎn)換開關(guān)由電阻網(wǎng)絡(luò)等組成。
附圖1為微電流放大器電原理圖，IC1為JFET管，IC2為后隨功放。
附圖2為反饋電阻擴展法等效電路。
附圖3為輸入電纜懸置法。
附圖4為微電流計的實用電路圖。
附圖5為微電流計的穩(wěn)壓電源電原理圖。
微電流放大器的輸入級為IC1，選用高阻抗的JFET對管，型號為3DJ15C，與相應(yīng)的電阻組成一個差分式源極跟隨器，具有較高的輸入電阻。BG1、BG2分別為差分式源極跟隨器的上、下恒流源，可用3DJ6F。電位器W3用于調(diào)整下恒流源電流的大小，一般調(diào)整下恒流源電流值為100～200μA。下恒流源電流分別流過IC1兩管，也就是此兩管的ID值，兩管特性基本對稱。W3可選用33KΩ。后隨運放IC2采用低功耗運放FC54D.W4用于分配IC1兩管的漏極電流ID，使兩管的ID值有一個小的差值△ID，利用它產(chǎn)生的“附加溫標”效應(yīng)抵消后隨運放的“固有溫標”，從而降低整個放大器的溫度漂移。R101為輸入偏流補償電阻。
采用低功耗運算放大器FC54D的IC2具有較高的增益和很小的功耗(約5mw)。
微電流放大器的反饋環(huán)路由R109～R118和W104～W108等電阻網(wǎng)絡(luò)組成，并與波段開關(guān)K1組成量程轉(zhuǎn)換開關(guān)。濾波器元件數(shù)值見附圖4。顯示器可選用3 1/2 位數(shù)字表頭，例如TY-40型。電源采用穩(wěn)壓電源。
本發(fā)明由于采用高阻抗的結(jié)型場效應(yīng)對管(JFET管)，具有高的輸入阻抗，對稱性好，其輸入級的溝道之間是一個PN結(jié)，有較好的抗沖擊能力，不易損壞，可靠性比MOSFET管好。在微電流計工作的頻域(f≤10Hz)JFET管的等效噪聲電阻比起MOSFET管要低103倍，因而可獲得良好的噪聲指標≤0.05mV，其極限靈敏度可達10-16A。在微電流放大器中應(yīng)用反饋電阻擴展法，可以在不影響靈敏度的前提下，使電路中實際使用的電阻RF縮小10倍，從而降低了對電路絕緣材料和量程轉(zhuǎn)換開關(guān)的要求，提高了整機的精度和穩(wěn)定性。輸入電纜懸置法克服了“電纜噪聲”，把輸入電纜的分布電容引入到反饋環(huán)路中，作了“歸環(huán)”處理，因而大大降低了輸出噪聲。同時，由于輸入級IC1的功耗很小，約5mw;后隨功放IC2是一級低功耗運放，具有較高的增益和很小的功耗，因此整個微電流放大器的總功耗約為10mw。
權(quán)利要求
1.一種微電流計，它由微電流放大器、濾波器、顯示器、電源和量程轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成，本發(fā)明其特征在于微電流放大器使用高阻結(jié)型場效應(yīng)對管，反饋環(huán)路采用T型反饋電阻擴展。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微電流計，其特征在于微電流計輸入端到被測信號或信號源之間的屏蔽電纜的屏蔽層直接接到微電流放大器的輸出端，被測信號或信號源的地線與微電流放大器的地線用導(dǎo)線連接。
專利摘要
本發(fā)明用于放大測量微弱電流，由微電流放大器等部分組成。微電流放大器的輸入級采用差分式源極跟隨器電路，選用高阻結(jié)型場效應(yīng)對管，后隨運放選用低功耗運算放大器。微電流放大器采用形型反饋電阻擴展法和輸入電纜懸置法。本發(fā)明具有高的輸入阻抗，對稱性好，有較好的抗沖擊能力，可靠性比MOS FET管好，噪聲指標≤0.05mV，其極限靈敏度可達10
文檔編號G01R19/00GK86103773SQ86103773
公開日1988年3月9日 申請日期1986年5月29日
發(fā)明者徐先, 張翼騰 申請人:福建省龍溪無線電廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan