本發(fā)明涉及核電廠反應(yīng)堆堆芯測(cè)量自給能探測(cè)器電流信號(hào)處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種自給能探測(cè)器電流信號(hào)放大電路。

背景技術(shù)：

通常在核電站反應(yīng)堆堆芯會(huì)設(shè)置堆芯中子測(cè)量?jī)x表，三代核電站設(shè)計(jì)要求中，采用固定于堆芯的多組自給能探測(cè)器實(shí)現(xiàn)堆芯中子通量測(cè)量，自給能探測(cè)器在中子輻射情況下輸出與其位置中子通量成正比的電流。

自給能探測(cè)器的信號(hào)范圍一般為10^-10A～10^-4A，電流范圍橫跨6個(gè)量級(jí)，測(cè)量范圍大，普通電流放大器只能達(dá)到3個(gè)量級(jí)，無(wú)法滿足自給能探測(cè)器電流的放大需求。

綜上所述，本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)發(fā)明技術(shù)方案的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的電流放大器只能達(dá)到3個(gè)量級(jí)，存在無(wú)法滿足自給能探測(cè)器電流的放大需求的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種自給能探測(cè)器電流信號(hào)放大電路，解決了現(xiàn)有的電流放大器只能達(dá)到3個(gè)量級(jí)，存在無(wú)法滿足自給能探測(cè)器電流的放大需求的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了10^-10A～10^-4A范圍內(nèi)電流的連續(xù)放大，滿足自給能探測(cè)器電流的放大需求的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N自給能探測(cè)器電流信號(hào)放大電路，所述放大電路包括：

第一電阻、第一三極管、第一運(yùn)算放大器、第二電阻，其中，第一電阻一端與第一運(yùn)算放大電路的輸入端連接，第一電阻的另一端與第一運(yùn)算放大器的反向輸入端和第一三極管的集電極均連接，第一運(yùn)算放大器的同向輸入端與第二電阻串聯(lián)后接地，第一三極管的基極接地，第一三極管的發(fā)射極和第一運(yùn)算放大器的輸出端均與放大電路的輸出端連接。

其中，本發(fā)明的放大電路可以實(shí)現(xiàn)10^-10A～10^-4A范圍內(nèi)電流的連續(xù)放大，解決了堆芯測(cè)量技術(shù)中至關(guān)重要的信號(hào)放大問題，用于解決探測(cè)器信號(hào)范圍大，連續(xù)測(cè)量困難的難題。同時(shí)本發(fā)明采用的放大具有一定的溫度漂移特性，因此相應(yīng)的發(fā)明了一整套配合電路保證測(cè)量準(zhǔn)確性。

其中，所述第一運(yùn)算放大器的輸入偏置電流為fA量級(jí)。運(yùn)算放大器的選擇對(duì)于本發(fā)明電路的實(shí)現(xiàn)是重要的，對(duì)于微電流測(cè)量而言要求運(yùn)算放大電路的負(fù)端的輸入阻抗盡可能的高，以減少放大器輸入偏置電流，保證放大電路的下限指標(biāo)，因此次放大器需選擇輸入偏置電流在fA量級(jí)的放大器。

進(jìn)一步的，放大電路的輸入電流為i_R，輸出電壓為u_o：

其中，I_S是三極管PN結(jié)的反向飽和電流；U_T＝kT/q，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，q為電子電量。

進(jìn)一步的，本發(fā)明放大電路具有一定的溫度漂移特性，因此增加了相應(yīng)的放大電路元器件來(lái)保證測(cè)量準(zhǔn)確性，所述放大電路還包括：

測(cè)溫芯片、第三電阻、第二三極管、第四電阻、第二運(yùn)算放大器、第五電阻、第六電阻，其中，第一運(yùn)算放大器的輸出端與第三電阻串聯(lián)后與第二三極管集電極連接，第一三極管的發(fā)射極與第二三極管集電極連接，第二三極管的基極與第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與第五電阻串聯(lián)后接地，第四電阻一端與放大電路的第二輸入端連接，第四電阻的另一端與第二三極管的發(fā)射極和第二運(yùn)算放大器的同相輸入端均連接，第六電阻一端與第二運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第六電阻的另一端和第二運(yùn)算放大器的輸出端均與放大電路的第二輸出端連接，所述測(cè)溫芯片用于測(cè)量第一三極管和第二三極管的熱力學(xué)溫度。

其中，三極管PN結(jié)的反向飽和電流I_S與PN節(jié)工藝和工作溫度有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中I_S的特性影響電流的準(zhǔn)確測(cè)量，可采用添加的電路消除I_S的影響。U_T的三個(gè)參數(shù)中熱力學(xué)溫度T為變量，其他兩個(gè)為常量，本發(fā)明中通過(guò)將T1和T2兩個(gè)三級(jí)管布置在一起，并在它們附近布置一個(gè)測(cè)溫芯片，通過(guò)測(cè)量此處的溫度來(lái)計(jì)算U_T，從而達(dá)到消除U_T影響的目的。

進(jìn)一步的，放大電路第二輸出端的輸出電壓為u_o，第一輸入端的輸入電流為i_I，第二輸入端的輸入電流為i_R：

其中，U_T＝kT/q，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，q為電子電量，R₂為第六電阻的阻值，R₅為第五電阻的阻值。

其中，本申請(qǐng)中的放大電路首先，采用對(duì)數(shù)運(yùn)算放大原理實(shí)現(xiàn)主要功能；其次，采用雙三級(jí)管補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)PN節(jié)反向電流影響的消除；再次，采用溫度測(cè)量計(jì)算方法消除器件運(yùn)行溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

進(jìn)一步的，所述放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)10^-10A～10^-4A范圍內(nèi)電流的放大。該放大電路屬于經(jīng)典電流放大電路，該電路利用二極管自身電流與電壓關(guān)系配合運(yùn)放實(shí)現(xiàn)電流放大。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用對(duì)數(shù)放大原理實(shí)現(xiàn)了電流信號(hào)大范圍的放大，突破了傳統(tǒng)通過(guò)手動(dòng)切換測(cè)量放大倍數(shù)放大的方法的局限，實(shí)現(xiàn)了大范圍信號(hào)的自動(dòng)化測(cè)量。

進(jìn)一步的，放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)10^-10A～10^-4A范圍內(nèi)電流的放大。

進(jìn)一步的，采用雙三級(jí)管補(bǔ)償?shù)姆绞较巳龢O管PN結(jié)的反向飽和電流I_S的影響，使電路不受三極管種類和工藝的限制，保證了測(cè)量的精度。

進(jìn)一步的，采用溫度芯片測(cè)量三極管附近溫度，從而計(jì)算U_T，消除芯片運(yùn)行溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，保證了測(cè)量的精度。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定；

圖1是本申請(qǐng)中電流線性放大硬件電路的原理示意圖；

圖2是本申請(qǐng)中消除PN節(jié)特性影響的電路原理示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種自給能探測(cè)器電流信號(hào)放大電路，解決了現(xiàn)有的電流放大器只能達(dá)到3個(gè)量級(jí)，存在無(wú)法滿足自給能探測(cè)器電流的放大需求的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了10^-10A～10^-4A范圍內(nèi)電流的連續(xù)放大，滿足自給能探測(cè)器電流的放大需求的技術(shù)效果。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說(shuō)明的是，在相互不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

實(shí)施例一：

在實(shí)施例一中，提供了一種自給能探測(cè)器電流信號(hào)放大電路，本發(fā)明的基本電流對(duì)數(shù)放大的硬件原理電路如圖1所示。探測(cè)器輸出的電流i_R(范圍：10^-10A～10^-4A)通過(guò)運(yùn)算放大電路，轉(zhuǎn)化為電壓u_o；

具體關(guān)系如下：

式中：I_S是三極管PN結(jié)的反向飽和電流U_T＝kT/q，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，q為電子電量。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

運(yùn)算放大器的選擇：

運(yùn)算放大器的選擇對(duì)于本發(fā)明電路的實(shí)現(xiàn)是重要的，對(duì)于微電流測(cè)量而言要求運(yùn)算放大電路的負(fù)端的輸入阻抗盡可能的高，以減少放大器輸入偏置電流，保證放大電路的下限指標(biāo)，因此次放大器需選擇輸入偏置電流在fA量級(jí)的放大器。

三極管PN結(jié)的反向飽和電流的影響消除

三極管PN結(jié)的反向飽和電流I_S與PN節(jié)工藝和工作溫度有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中I_S的特性影響電流的準(zhǔn)確測(cè)量?？刹捎靡韵聦?shí)用電路消除I_S的影響。如圖2所示。

圖2得到的關(guān)系下：

式中U_T＝kT/q，k為玻耳茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，q為電子電量。

U_T的影響消除，U_T＝kT/q，U_T的三個(gè)參數(shù)中熱力學(xué)溫度T為變量，其他兩個(gè)為常量，本發(fā)明中通過(guò)將T1和T2兩個(gè)三級(jí)管布置在一起，并在它們附近布置一個(gè)測(cè)溫芯片，通過(guò)測(cè)量此處的溫度來(lái)計(jì)算U_T，從而達(dá)到消除U_T影響的目的。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用對(duì)數(shù)放大原理實(shí)現(xiàn)了電流信號(hào)大范圍的放大，突破了傳統(tǒng)通過(guò)手動(dòng)切換測(cè)量放大倍數(shù)放大的方法的局限，實(shí)現(xiàn)了大范圍信號(hào)的自動(dòng)化測(cè)量。

進(jìn)一步的，放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)10^-10A～10^-4A范圍內(nèi)電流的放大。

進(jìn)一步的，采用雙三級(jí)管補(bǔ)償?shù)姆绞较巳龢O管PN結(jié)的反向飽和電流I_S的影響，使電路不受三極管種類和工藝的限制，保證了測(cè)量的精度。

進(jìn)一步的，采用溫度芯片測(cè)量三極管附近溫度，從而計(jì)算U_T，消除芯片運(yùn)行溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，保證了測(cè)量的精度。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。