基于ICL7650程控微电流放大器的设计

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第 l 9卷第 4期2 0年 1月 01 2

佛山科学技术学院学报 (自然科学版 )J un l f o h nUn es y ( a ua S i c dt n o r a o s a i ri N trl c n eE io ) E v t e i

V 11 . o. 9No 4D c 2 0 e. 0 1

文章编号：0 80 7 (0 10—0 80 1 0—】 1 2 0 )4 0 0— 3

基于 I L7 5 C 6 0程控微电流放大器的设计陈国杰，志民棘(山科学技术学院抽理系，东佛山 5 80 )佛广 20 0

摘要：绍了基于 I L 60程控微电流放大器的设计方法、作原理及电路工艺，给出了部介 C 75工并

分电路。该放大器具有量程缩程可调、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：电流放大器{算放大器 f L 6 0微运 I 7 5 C中田分类号：、 3 . 3 1 M9 8 3 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 1~ 1 s甚 0 0 A,

至更小。当电流小于 1 A时， 0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，制运放微电流放大器已成为可能。现用 I I7 5研 C 6 0运放为弗兰克一赫兹实验测量仪研制的微电流放大器可分辨 1… A电流( 0国内生产的运放微电流放大器一般测到 1 -A)量程编程 t动调节， 09, l自动校零，不需预热，响应快，移低，积小，漂体稳定性好。

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，,有 具接地端的微电流测量原理如图 l所示。对于输入阻抗与]放大倍数均为无穷大的理想运放，出电压 V一 -LR输。理论上，只要电阻尺I取得足够大，即使电流 L很小，可得也到较大的输出电压 V。。例如， f 0 R一1 n, 0 A, I一1则V一 R f 0 。一一 .1 V

辱图 1散电流放大原理

实际上，放输入阻抗不是无穷大，运电阻 R的增大要受到运放输入阻抗的限制。 考

虑偏置电流，对被测电流的分流， V一一(s B尺， B则 J一， ) 如果，大于 I, I无法测量。响 B s则 影收稿日期： 0 I0— 9 2 0一2 1

作者简介：国杰 (9 5)男湖南祁东人 .胨 1 6一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。

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第 4期

陈国杰等：于 I I 6 0程控擞电流放大器的设计基 C 5 7

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徽电流测量灵敏度的首要因素是运放偏置电流 I,次是噪声电压和零点漂移。 e其

要实现微电流测量 .放须满足：入阻抗 R.反馈电阻 R;偏置电流 n被测电运①输》②<流；失调电压及漂移小；③④增益与共模抑制比高；噪声小。⑤

2基于 I L 6 0微电流放大器 C 75随着场效应管技术的发展，入阻抗在 1”n以上的运放已不少， L 3 7但是并不输 0如 F5,是高阻运放都能做出高性能微电流放大器。图】中，了提高测量灵敏度，在为反馈电阻常取在 1以上，似于开环放大，以线性范围小，零和稳零很困难，高阻 R与分布 0n近所调且电容、负载电容产生相移，容易自激振荡。 I 6 0是采用 C CI 5 7 MOS工艺集成的斩波稳零高精度运放，输入电阻为 1 0,置电流 0偏 2 j℃时为 l5p输入失调电压为 1u失调电压温度系数为 0 0 .。共模抑制比为 _ A, V, 1p C, V/

10d口，优价廉，其具有其他高阻运放没有的自动稳零优点 .合作缓变微电流放大 3 B一性尤适器。但是斩渡频率低 ( 0 )输出信号有斩渡尖峰噪声， 2 0Hz,要接较大时间常数的低通滤波器， 所以不适合测量快变信号。 基于 I L7 5 C 6 0微电流放大器原理图如图 2所示， I I 6 0前由 C 5 7—

置放大器和单片机 AT 0 8 3 9 S 5 5控制的增益编程可调的电压放大器两

程控

A 9s To 83 55AD Cl

电压

部分组成。R为 I I 6 0输入限流 C 5 7保护电阻，与 c R:用来滤去 I I 6 0的斩渡尖峰噪声，与 R C 5 7 c 组成反馈补偿网络，降低带宽，止防 R,,以及 c相移产生自激振

飓 R z

放大

圉 2基于 I L7 8 C 6 O程控微电流兢大器

荡。小电阻 R,与 R组成 T型网络代替图 1中高阻 R (于 1。 r大 0n),以提高增益的稳定D D

性和精度，减小噪声，此时输出电压 V。 -I(+R+=-。Rj 3

)。由于采用了单片机控制，故

能实现自动校零、自换量程以及过流保护。

3电路工艺要测量微电流，了选择高性能运放以朴，除电路工艺也是成败的关键。3 1运放不接平衡电阻 .

与普通运放放大电路不同， 2中 I I 6 0运放同相端不接平衡电阻，图 C 5 7直接接地。因为在高内阻电流源的微电流放大器中，接平衡电阻不仅很难使运放输入电阻平衡，而增加电反路的噪声。 3 2降低运放的工作温度 .一

般地，放温度每升高 1。偏置电流将增加 1。运 0C,倍为此，尽可能降低电源电压，大增

负载电阻 (大于 1 0K0)以减小运放的工作电流，降低工作温度。

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1 o3 3减小电路漏电流 .

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第1 9卷

选用漏电流远小于 p级的高绝缘电路板，环氧玻璃板；入信号采用绝缘好、产 A如l输不生静电以及吸湿性小的聚四氟乙烯接线柱；电路板上用接地屏蔽环将运放的同相与反相在输人端包围起来，使其等电位，证它们之间漏电流为零。没有屏蔽环，保若则存在从运放同相端通过电路板流到反相端的漏电流，假设同相端与反相端的绝缘电阻为 1”n,常认为该 0通

绝缘电阻已相当大了，当输入电压为 lV时，电流为 1 A, I I 60偏置电流的 7但 漏 0p是 C 5 7倍。电路安装好后，除元件与电路残留杂质，清并进行干燥、防潮处理。 3 4减小噪声， .提高抗干扰能力

运放工作电源必须稳定、噪声低。电阻选用 1精度低噪金膜电阻； 电容选用低噪的瓷介、云母或钽电容；号输人线采用尽量短的屏蔽电缆；路板一点接地；信电整个微电流放大器采用金属屏蔽

4应用将上述基于 I I7 5 C 6 0运放的微电流放大器应用于弗兰克一赫兹实验测量仪中，实验表明，电流分辨率 1。量程由单片机控

制在 1~1 A自动转换， O A, O O自动校零，响应时间小于 0 1s不需预热， .,漂移小，定可靠，稳整体性能优于静电计管微电流放大器。参考文献：

E 3王芝英.电子技术厦理[ . l棱 i M]北京：原子能出版社 .9 9 6 18 . . []赵保真， 2崔患勤.简明集成运算放大器手册[ . M]北京：中国科学出版社，9 9 5 18 ..

The d s g f p o r m m a e we k c r e ein o r g a bl a u r nt a p ii r b s d o CL7 5 m lf e a e n I 6 0C HE o j, N Gu— e XU h - n i Zi mig( y is De a t n, s a i e st Ph sc p rme t Fo h n Un v r i y,F s a 2 0 0 Ch n ) o h n 5 8 0, ia

Ab t a t Th e in meh d, p r t n lp icp e a d cr ut p o e s o r g a sr c: e d sg t o o e a i a rn il n ic i r c s fp o r mma l o be we k c re t a l ir b s d o CL7 5 r n r d c d, a d t e a l irs cr ut a u r n mpi e a e n I f 6 0 we e ito u e n h mp ie’ ic is f we e p ril ie . ea l irh sa v n a e fp o r m ma l a u e n a g, r a tal g v n Th mp i e a d a t g so r g a y f be me s r me tr n e fs e p n e+lw rfa e,s l sz,g o tb l y a dl w o t ec a trs o s o d itg ma l ie o d sa i t n o c s, t. i Ke r s we k c re ta l ir p r t n l mp i e C 6 0 ywo d: a u rn mp i e}o e ai a f o a l irtI I7 5 f

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