专利名称:微电流计的制作方法
本发明属于电流测量装置。
微电流计用于放大测量微弱电流，其主要部分为微电流放大器。已有的微电流放大器多采用MOSFET管，其主要的缺点是在微电流计工作的频域(f≤10Hz)内，等效噪声电阻较大，噪声指标差，抗冲击能力差。例如美国DEV公司1983年生产的BECKETT型空气离子及迁移率测定仪所用微电流计的分辨率为10-14A。
本发明的任务是提供一种噪声低、灵敏度高、功耗低的微电流计，微电流计由微电流放大器、滤波器、显示器、电源和量程转换开关等组成。微电流放大器包括输入级和后随运放。输入级采用差分式源极跟随器电路，选用高阻结型场效应对管(JFET管)IC1与源极电阻R1、R2组成一个差分式源极跟随器，具有较高的输入电阻。用另外两个场效应管BG1、BG2分别作为它的上、下恒流源，高速下恒流源电流的大小，使流过IC1两管的漏极电流ID值近似相等。因为栅压电压VGS是ID的函数，所以调整下恒流源电流的大小同时也调整了IC1两管的VGS大小。流过上、下恒流源BG1、BG2的电流基本相等，当下恒流源确定之后，上恒流源也就随之确定了，与此对应的BG1管的VGS值也就基本不变。IC1的栅漏电压VDS是BG1管VGS的一部分，调整BG1管栅源回路的电阻阻值，即可改变电阻上的压降，从而达到调整IC1的VDS的目的，后随功放IC2采用一级低功耗运算放大器。
为了实现良好的温度补偿，必须对输入偏流加以补偿。尤其在灵敏度较高的情况下，输入级的栅极电流IG将对测试造成很大影响。由于栅流是温度的函数，为了补偿由于温度变化所引起的漂移，可在微电流放大器输入“+”端(即同相端)加上补偿电阻，其阻值等于反馈电阻RF。显而易见，只要选用输入JFET对管两侧栅耗相等，就能减弱输入偏流对输出电压的影响，实现良好的温度补偿。
微电流放大器采用反馈电阻扩展法，即微电流放大器的反馈环路在灵敏度高的两档采用了“T型反馈电阻扩展”，其等效电路如附图2。当R11、R12《RF，开环增益A》1时，可以很容易推出其输出电压u。与输入电源IS有如下关系uo＝ ((RF+R12)+R12·RF)/(R11+(1+A)R12) ·AIS= -(1+ (R11)/(R12) )RF·IS(1)即等效反馈电阻为RF′=(1+ (R11)/(R12) )RF(2)显然，扩展了(1+ (R11)/(R12) )倍。若令(1+ (R11)/(R12) )＝10，则可以在不影响灵敏度的前提下，使电路实际的电阻RF缩小10倍。由于高阻阻值越高，其高稳定性越难保证，对电路中绝缘材料和量程转换开关的要求也越高，因此，缩小高阻阻值正好克服了上述缺点，因而提高了整机的精确度和稳定性。
本发明还在微电流放大器中采用了“输入电缆悬置法”。在微电流放大器的使用过程中，其输入端到信号源或被测信号之间必须用屏蔽电缆连结，传统的做法是把电缆的屏蔽层接地，但是，它将引入“电缆噪声”，使输出噪声增高。为了克服“电缆噪声”，本发明不把电缆的屏蔽层接地，而是直接接到微电流放大器的输出端u0，信号源或被测信号的地线与微电流放大器的地线用一条导线连接。这样，就把输入电缆的分布电容引入到反馈环中，作了“归环”处理，从而大大降低了输出噪声。
微电流放大器采用稳压电源供电。滤波电路采用阻容元件组成。显示器可采用3 1/2 位数字表头。量程转换开关由电阻网络等组成。
附图1为微电流放大器电原理图，IC1为JFET管，IC2为后随功放。
附图2为反馈电阻扩展法等效电路。
附图3为输入电缆悬置法。
附图4为微电流计的实用电路图。
附图5为微电流计的稳压电源电原理图。
微电流放大器的输入级为IC1，选用高阻抗的JFET对管，型号为3DJ15C，与相应的电阻组成一个差分式源极跟随器，具有较高的输入电阻。BG1、BG2分别为差分式源极跟随器的上、下恒流源，可用3DJ6F。电位器W3用于调整下恒流源电流的大小，一般调整下恒流源电流值为100～200μA。下恒流源电流分别流过IC1两管，也就是此两管的ID值，两管特性基本对称。W3可选用33KΩ。后随运放IC2采用低功耗运放FC54D.W4用于分配IC1两管的漏极电流ID，使两管的ID值有一个小的差值△ID，利用它产生的“附加温标”效应抵消后随运放的“固有温标”，从而降低整个放大器的温度漂移。R101为输入偏流补偿电阻。
采用低功耗运算放大器FC54D的IC2具有较高的增益和很小的功耗(约5mw)。
微电流放大器的反馈环路由R109～R118和W104～W108等电阻网络组成，并与波段开关K1组成量程转换开关。滤波器元件数值见附图4。显示器可选用3 1/2 位数字表头，例如TY-40型。电源采用稳压电源。
本发明由于采用高阻抗的结型场效应对管(JFET管)，具有高的输入阻抗，对称性好，其输入级的沟道之间是一个PN结，有较好的抗冲击能力，不易损坏，可靠性比MOSFET管好。在微电流计工作的频域(f≤10Hz)JFET管的等效噪声电阻比起MOSFET管要低103倍，因而可获得良好的噪声指标≤0.05mV，其极限灵敏度可达10-16A。在微电流放大器中应用反馈电阻扩展法，可以在不影响灵敏度的前提下，使电路中实际使用的电阻RF缩小10倍，从而降低了对电路绝缘材料和量程转换开关的要求，提高了整机的精度和稳定性。输入电缆悬置法克服了“电缆噪声”，把输入电缆的分布电容引入到反馈环路中，作了“归环”处理，因而大大降低了输出噪声。同时，由于输入级IC1的功耗很小，约5mw;后随功放IC2是一级低功耗运放，具有较高的增益和很小的功耗，因此整个微电流放大器的总功耗约为10mw。
权利要求
1.一种微电流计，它由微电流放大器、滤波器、显示器、电源和量程转换开关等组成，本发明其特征在于微电流放大器使用高阻结型场效应对管，反馈环路采用T型反馈电阻扩展。
2.根据权利要求
1所述的微电流计，其特征在于微电流计输入端到被测信号或信号源之间的屏蔽电缆的屏蔽层直接接到微电流放大器的输出端，被测信号或信号源的地线与微电流放大器的地线用导线连接。
专利摘要
本发明用于放大测量微弱电流，由微电流放大器等部分组成。微电流放大器的输入级采用差分式源极跟随器电路，选用高阻结型场效应对管，后随运放选用低功耗运算放大器。微电流放大器采用形型反馈电阻扩展法和输入电缆悬置法。本发明具有高的输入阻抗，对称性好，有较好的抗冲击能力，可靠性比MOS FET管好，噪声指标≤0.05mV，其极限灵敏度可达10
文档编号G01R19/00GK86103773SQ86103773
公开日1988年3月9日 申请日期1986年5月29日
发明者徐先, 张翼腾 申请人:福建省龙溪无线电厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan