一種便攜式微電流測(cè)量電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型一種微電流測(cè)量電路，具體指一種電化學(xué)儀器等的微電流測(cè)量電路，涉及微弱電信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。其包括電阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一運(yùn)算放大器U1，第二運(yùn)算放大器U2和切換開關(guān)S1及電源作電路連接；第一運(yùn)算放大器U1分為兩路運(yùn)放U1A和U1B；Ua為U1A的輸出端，Ub為U1B的正向輸入端；由電阻器R1、R2、R3、R4與第一運(yùn)算放大器U1A構(gòu)成加法器；第一運(yùn)算放大器U1B為第一跟隨器，第二運(yùn)算放大器U2為第二跟隨器；切換開關(guān)S1一端與Ub端連接，另一端分別與電阻器R5或電阻器R6連接。本實(shí)用新型采用單電源供電，低功耗的器件，在便攜式儀器中具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種便攜式微電流測(cè)量電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及微弱電信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種電化學(xué)儀器等的便攜式微電流測(cè)量電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技發(fā)展，極限條件下的試驗(yàn)測(cè)量已成為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)大自然的重要手段，這些試驗(yàn)中測(cè)量的都是一些非常弱的物理量，比如弱磁、弱聲、弱光、弱振動(dòng)、弱生物信號(hào)等，由于這些微弱的信號(hào)一般都是通過傳感器進(jìn)行I/V電量轉(zhuǎn)換，使待測(cè)的弱信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。實(shí)際測(cè)量時(shí)，噪聲和干擾無法回避，影響了測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確度。
[0003]在以研究測(cè)量pA級(jí)電流為目的，開發(fā)設(shè)計(jì)出精度為0.5級(jí)的微電流測(cè)量?jī)x，測(cè)量的最小范圍為IpA，對(duì)于pA級(jí)電流測(cè)量，測(cè)量電路無法直接捕獲電流信號(hào)，需要進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換。對(duì)于轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)需進(jìn)行進(jìn)一步的放大，否則會(huì)被運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓、偏置電流這些直流信號(hào)干擾。問題在于，在放大捕獲待測(cè)信號(hào)的同時(shí)，工頻干擾、噪聲、電路失調(diào)等雜質(zhì)信號(hào)也同時(shí)被放大，所以需要設(shè)計(jì)出相關(guān)的后續(xù)電路加以過濾、去除。一般對(duì)于工頻干擾，通過采取屏蔽、濾波即可。而對(duì)于電路失調(diào)等這些直流雜質(zhì)信號(hào)的消除，成為新的研究課題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于消除雜波、干擾源信號(hào)，以達(dá)到精確穩(wěn)定測(cè)量微弱電流，提出一種便攜式微電流的測(cè)量電路。
[0005]本實(shí)用新型基于傳統(tǒng)的I/V轉(zhuǎn)換電路隨著微電流的測(cè)量，會(huì)因增大反饋電阻，引起噪聲，引起運(yùn)放的失調(diào)，增加測(cè)量的誤差，而采用加法器原理，將產(chǎn)生微弱電流直接流過大電阻產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓，然后經(jīng)過一個(gè)微電流跟隨器，達(dá)到了較好的測(cè)量效果。
[0006]本實(shí)用新型一種便攜式微電流的測(cè)量電路工作原理(如附圖1所示)簡(jiǎn)述如下:
[0007]一種便攜式微電流的測(cè)量電路，包括電阻器Rl、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一運(yùn)算放大器Ul，其中Ul分為兩路運(yùn)放UlA和U1B，第二運(yùn)算放大器U2和切換開關(guān)SI及電源作電路連接。
[0008]所述RX為待測(cè)量電路的等效電阻器。
[0009]首先，根據(jù)加法器原理，由電阻器R1、R2、R3、R4和第一運(yùn)算放大器UlA構(gòu)成加法器。
[0010]所述電阻器R1、R2用以決定放大電路的電壓控制增益，當(dāng)R1 = R2 = R3 = R4時(shí)，第一運(yùn)算放大器UlA的輸出Ua = Ui+Uc。
[0011]第一運(yùn)算放大器UlB為第一跟隨器，Ub為第一跟隨器的輸入，Uc為第一跟隨器的輸出，則Uc = Ub。
[0012]其次，等效RX位于Ua與Ub之間。根據(jù)電流電勢(shì)的流向原理，等效電阻器RX的電流由Ua流向Ub，電流為Iab，根據(jù)歐姆定律Iab= (Ua-Ub)/RX，從上述得知Ua = Ui+Uc、Ub = Uc;貝IjIab = Ui/RX。
[0013]第二運(yùn)算放大器U2為第二跟隨器，Ub為第二跟隨器的輸入，Uo為第二跟隨器的輸出。
[0014]根據(jù)跟隨器原理110 = 1113。根據(jù)歐姆定律1^ = 1313*1?6;所以1]0 = 1313*1?6;根據(jù)上述Iab = Ui/RX，則 Uo = Ui/RX*R6。
[0015]再次，根據(jù)測(cè)量的量程設(shè)置切換開關(guān)SI，切換開關(guān)SI—端與Ub端連接，另一端與R5或R6連接。
[0016]根據(jù)Ui和RX的選擇可以產(chǎn)生很微小的電流，流經(jīng)R6，根據(jù)R6的值測(cè)量Uo可以準(zhǔn)確測(cè)量lab。
[0017]根據(jù)運(yùn)放LMC6001的特點(diǎn)，它最大Ib才為25fA，電流輸入噪聲才0.13fAATHz，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)PA級(jí)的電流檢測(cè)。
[0018]綜上所述，本實(shí)用新型一種便攜式微電流的測(cè)量電路，采用加法器原理，將產(chǎn)生微弱電流直接流過大電阻產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓，然后經(jīng)過一個(gè)微電流跟隨器，達(dá)到了較好的測(cè)量效果。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型一種便攜式微電流的測(cè)量電路原理圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1pA測(cè)試的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述
[0022 ] 實(shí)施例，在微量溶解氧中應(yīng)用測(cè)量電路，包括電阻器Rl、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一運(yùn)算放大器Ul，第二運(yùn)算放大器U2和切換開關(guān)SI及電源作電路連接。
[0023]其中，
[0024]第一運(yùn)算放大器Ul分為兩路運(yùn)放UlA和UlB，
[0025]由電阻器町、1?2、1?、1?4與第一運(yùn)算放大器1]14構(gòu)成加法器。
[0026]第一運(yùn)算放大器UlB為第一跟隨器，輸入端為Ub，輸出端為Uc。
[0027]第二運(yùn)算放大器U2為第二跟隨器，輸入端為Ub，輸出端為Uo。
[0028]切換開關(guān)SI—端與Ub端連接，另一端與R5或R6連接。
[0029]其中，Ui從600 到 800mV;
[0030]電阻器R1=R2 = R3 = R4，阻值從10ΚΩ到1ΜΩ ;電阻器R6，阻值從100K Ω到1G Ω，電源VCC，電壓3.3V到15V。
[0031]所述第一運(yùn)算放大器Ul，第二運(yùn)算放大器U2，選擇輸入偏置電流較小符合fA級(jí)要求。
[0032]所述切換開關(guān)SI采用SW — SPDT。
[0033]Ua和Ub引出兩個(gè)接線端子，其中，Ua端子接微量溶解氧電極的陽極，Ub端子接微量溶解氧電極的陰極;等效RX被微量溶解氧電極所替換。
[0034]當(dāng)微量溶解氧電極產(chǎn)生的微弱電流流經(jīng)電阻器R6，檢測(cè)Uo便可進(jìn)行微量溶解氧電流Iab的檢測(cè)。
[0035]根據(jù)Iab= Uo/R6，Ui = lmV，R5 = R6 = IG Ω ;檢測(cè)Uo = ImV,換算Iab = lpA。
[0036]其效果(如附圖2所示)。
[0037]綜上所述，本實(shí)用新型一種便攜式微電流測(cè)量電路，基于加法器原理，將產(chǎn)生微弱電流直接流過大電阻產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓，然后經(jīng)過一個(gè)微電流跟隨器等的電路連接。采用單電源供電，選用普通的低功耗的器件，在便攜式儀器中具有廣闊的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式微電流測(cè)量電路，其特征在于，包括電阻器Rl、R2、R3、R4、R5、R6、等效RX，第一運(yùn)算放大器Ul，第二運(yùn)算放大器U2和切換開關(guān)SI及電源作電路連接； 其中，第一運(yùn)算放大器Ul分為兩路運(yùn)放UlA和UlB; Ua為UIA的輸出端，Ub為UIB的正向輸入端； 由電阻器町、1?2、1?3、1?4與第一運(yùn)算放大器1]認(rèn)構(gòu)成加法器； 第一運(yùn)算放大器UlB為第一跟隨器，第二運(yùn)算放大器U2為第二跟隨器； 切換開關(guān)SI—端與Ub端連接，另一端與電阻器R5或電阻器R6連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種便攜式微電流測(cè)量電路，其特征在于， 所述電路的輸入端為Ui; 所述第一跟隨器的輸入端為Ub，輸出端為Uc; 所述第二跟隨器的輸入端為Ub，輸出端為Uo; 所述等效RX位于Ua和Ub之間； 所述電阻器R1、R2用以決定放大電路的電壓控制增益，當(dāng)電阻器R1 = R2 = R3 = R4時(shí)，第一運(yùn)算放大器UlA的輸出Ua = Ui+Uc。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種便攜式微電流測(cè)量電路，其特征在于，所述電阻器Rl=尺2 = 1?3 = 1?4，阻值:101^到1]\^ ； 所述電阻器R5，R6阻值:100ΚΩ到1GQ ； 所述等效RX為待測(cè)量電路的等效電阻器； 所述電源VCC，電壓值:3.3V到15V ； 所述第一運(yùn)算放大器Ul，第二運(yùn)算放大器U2，選擇輸入偏置電流較小符合fA級(jí)要求； 所述切換開關(guān)SI采用SW-SPDT。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK205484500SQ201520976053
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日
【發(fā)明人】陳靈聰, 宋翔鷹
【申請(qǐng)人】上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司, 上海雷磁環(huán)保工程有限公司