2024年3月28日发(作者：帖永长)
第
19
卷第
4
期 佛山科学技术学院学报
(
自然科学版
)
.19
No
.4
Vol
2001
年
12
月
JournalofFoshanUniversity
(
NaturalScienceEdition
)
Dec
.2001
文章编号
:1008
2
0171
(
2001
)
04
2
0008
2
03
基于
ICL
7650
程控微电流放大器的设计
陈国杰
,
徐志民
(
佛山科学技术学院物理系
,
广东佛山
528000
)
摘要
:
介绍了基于
ICL
7650
程控微电流放大器的设计方法、工作原理以及电路工艺
,
并给出了部
分电路。该放大器具有量程编程可调、分辨率高、响应快、漂移低、体积小、稳定性好以及价格低廉
等优点。
关键词
:
微电流放大器
;
运算放大器
;
ICL
7650
中图分类号
:
TM
938.33
文献标识码
:
A
在光电流或射线电流测量中
,
电流信号变化缓慢且非常微弱
,
一般为
10
-5
～
10
-15
A
,
甚
至更小。当电流小于
10
-9
A
时
,
用磁电式电流计测量十分困难。目前常用高输入阻抗静电计
管微电流放大器测量
,
但是静电计管存在寿命短、体积大、稳定时间长以及供电复杂等缺点。
随着高阻抗、高性能运放的出现
,
研制运放微电流放大器已成为可能。现用
ICL
7650
运放为
弗兰克—赫兹实验测量仪研制的微电流放大器可分辨
10
-12
A
电流
(
国内生产的运放微电流
放大器一般测到
10
-9
A
)
,
量程编程自动调节
,
自动校零
,
不需预热
,
响应快
,
漂移低
,
体积小
,
稳定性好。
1
微电流测量原理
微电流信号源可以看做内阻非常大的电流源
I
s
,
具有
接地端的微电流测量原理如图
1
所示
[1]
。对于输入阻抗与
放大倍数均为无穷大的理想运放
,
输出电压
V
0
=-
I
s
R
f
。理
论上
,
只要电阻
R
f
取得足够大
,
即使电流
I
s
很小
,
也可得
到较大的输出电压
V
0
。例如
,
R
f
=10
10
8
,
I
S
=10
-
V
0
=-
I
S
R
f
=0.1
V
。
11
A
,
则
图
1
微电流放大原理
实际上
,
运放输入阻抗不是无穷大
,
电阻
R
f
的增大要受到运放输入阻抗的限制。考虑偏
置电流
I
B
对被测电流
I
S
的分流
,
则
V
0
=-
(
I
S
-
I
B
)
R
f
,
如果
I
B
大于
I
S
,
则
I
S
无法测量。影响
收稿日期
:2001
2
02
2
19
作者简介
:
陈国杰
(
1965
2
)
,
男
,
湖南祁东人
,
佛山科学技术学院副教授
,
主要从事物理电子及其电器方面的
研究工作。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第
4
期 陈国杰等
:
基于
ICL
7650
程控微电流放大器的设计
9
微电流测量灵敏度的首要因素是运放偏置电流
I
B
,
其次是噪声电压和零点漂移。
要实现微电流测量
,
运放须满足
:
①输入阻抗
R
i
µ反馈电阻
R
f
;
②偏置电流
I
B
<
被测电
流
I
S
;
③失调电压及漂移小
;
④增益与共模抑制比高
;
⑤噪声小。
2
基于
ICL
7650
微电流放大器
随着场效应管技术的发展
,
输入阻抗在
10
12
8
以上的运放已不少
,
如
LF
357,
但是并不
是高阻运放都能做出高性能微电流放大器。在图
1
中
,
为了提高测量灵敏度
,
反馈电阻
R
f
常
取在
10
9
8
以上
,
近似于开环放大
,
所以线性范围小
,
调零和稳零很困难
,
且高阻
R
f
与分布
电容、负载电容产生相移
,
容易自激振荡。
12
ICL
7650
是采用
CMOS
工艺集成的斩波稳零高精度运放
,
输入电阻为
10
8
,
偏置电流
25
°°
C
时为
1.5
pA
,
输入失调电压为
1
Λ
V
,
失调电压温度系数为
0.01
Λ
V
2024年3月28日发(作者：帖永长)
第
19
卷第
4
期 佛山科学技术学院学报
(
自然科学版
)
.19
No
.4
Vol
2001
年
12
月
JournalofFoshanUniversity
(
NaturalScienceEdition
)
Dec
.2001
文章编号
:1008
2
0171
(
2001
)
04
2
0008
2
03
基于
ICL
7650
程控微电流放大器的设计
陈国杰
,
徐志民
(
佛山科学技术学院物理系
,
广东佛山
528000
)
摘要
:
介绍了基于
ICL
7650
程控微电流放大器的设计方法、工作原理以及电路工艺
,
并给出了部
分电路。该放大器具有量程编程可调、分辨率高、响应快、漂移低、体积小、稳定性好以及价格低廉
等优点。
关键词
:
微电流放大器
;
运算放大器
;
ICL
7650
中图分类号
:
TM
938.33
文献标识码
:
A
在光电流或射线电流测量中
,
电流信号变化缓慢且非常微弱
,
一般为
10
-5
～
10
-15
A
,
甚
至更小。当电流小于
10
-9
A
时
,
用磁电式电流计测量十分困难。目前常用高输入阻抗静电计
管微电流放大器测量
,
但是静电计管存在寿命短、体积大、稳定时间长以及供电复杂等缺点。
随着高阻抗、高性能运放的出现
,
研制运放微电流放大器已成为可能。现用
ICL
7650
运放为
弗兰克—赫兹实验测量仪研制的微电流放大器可分辨
10
-12
A
电流
(
国内生产的运放微电流
放大器一般测到
10
-9
A
)
,
量程编程自动调节
,
自动校零
,
不需预热
,
响应快
,
漂移低
,
体积小
,
稳定性好。
1
微电流测量原理
微电流信号源可以看做内阻非常大的电流源
I
s
,
具有
接地端的微电流测量原理如图
1
所示
[1]
。对于输入阻抗与
放大倍数均为无穷大的理想运放
,
输出电压
V
0
=-
I
s
R
f
。理
论上
,
只要电阻
R
f
取得足够大
,
即使电流
I
s
很小
,
也可得
到较大的输出电压
V
0
。例如
,
R
f
=10
10
8
,
I
S
=10
-
V
0
=-
I
S
R
f
=0.1
V
。
11
A
,
则
图
1
微电流放大原理
实际上
,
运放输入阻抗不是无穷大
,
电阻
R
f
的增大要受到运放输入阻抗的限制。考虑偏
置电流
I
B
对被测电流
I
S
的分流
,
则
V
0
=-
(
I
S
-
I
B
)
R
f
,
如果
I
B
大于
I
S
,
则
I
S
无法测量。影响
收稿日期
:2001
2
02
2
19
作者简介
:
陈国杰
(
1965
2
)
,
男
,
湖南祁东人
,
佛山科学技术学院副教授
,
主要从事物理电子及其电器方面的
研究工作。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第
4
期 陈国杰等
:
基于
ICL
7650
程控微电流放大器的设计
9
微电流测量灵敏度的首要因素是运放偏置电流
I
B
,
其次是噪声电压和零点漂移。
要实现微电流测量
,
运放须满足
:
①输入阻抗
R
i
µ反馈电阻
R
f
;
②偏置电流
I
B
<
被测电
流
I
S
;
③失调电压及漂移小
;
④增益与共模抑制比高
;
⑤噪声小。
2
基于
ICL
7650
微电流放大器
随着场效应管技术的发展
,
输入阻抗在
10
12
8
以上的运放已不少
,
如
LF
357,
但是并不
是高阻运放都能做出高性能微电流放大器。在图
1
中
,
为了提高测量灵敏度
,
反馈电阻
R
f
常
取在
10
9
8
以上
,
近似于开环放大
,
所以线性范围小
,
调零和稳零很困难
,
且高阻
R
f
与分布
电容、负载电容产生相移
,
容易自激振荡。
12
ICL
7650
是采用
CMOS
工艺集成的斩波稳零高精度运放
,
输入电阻为
10
8
,
偏置电流
25
°°
C
时为
1.5
pA
,
输入失调电压为
1
Λ
V
,
失调电压温度系数为
0.01
Λ
V