国产自产21区,亚洲97,免费毛片网,国产啪视频,青青青国产在线观看,国产毛片一区二区三区精品

一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電流測量技術，提供一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路，包括電流-電壓變換電路和電壓-頻率變換電路，所述電流-電壓變換電路的輸出端與電壓-頻率變換電路相連。本實用新型下限可測量fA級電流、量程范圍可跨越8個以上數量級，該電路第一級只采用一片儀表放大器，同時引入換檔技術和電壓-頻率變換技術，解決了弱信號測量時電路結構復雜、量程范圍窄、輸出信號傳輸距離短、測量結果波動大等缺點。
【專利說明】一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電流測量技術，特別涉及一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路。
【背景技術】
[0002]對于fA級弱電流的測量一直是信號處理的一個難點，由于漏電流的干擾，很少有電子學元器件能覆蓋該量程的測量范圍，而不少測量領域需要進行fA級電流的測量。如核【技術領域】的核輻射探測器、加速器束流監測、PH計、光電子流測量，經常需要進行弱電流信號測量。目前常見的方式有采用分離的晶體管放大及少數幾種低偏置電流的運算放大器放大。而很多電子元器件在弱信號測量時溫度漂移很嚴重，測量結果很容易受環境溫度變化影響。
[0003]在有弱電流信號測量的場合，一般都希望測量儀表能夠跨越很寬的量程，如8個以上的量級，而單個放大電路一般只能跨越三到四個量級，根本沒法滿足要求。通常的做法是采用多路并聯的放大電路，通過切換放大電路的方式實現量程切換。這樣做的代價是增加了元器件的數量、增大了電路的體積和功耗。[0004]弱電流放大電路的一種常見結構形式是電流-頻率變換電路，利用電子開關控制輸入電流對小電容積分后，觸發單穩態振蕩電路輸出頻率等比例的脈沖信號。該電路的優點是結構簡單，后續電路只需進行計數率測量，即可推算出輸入電流的大小。缺點是在測量下限時，電路輸出頻率非常低，響應時間非常慢。
[0005]弱電流放大電路的另一種常見結構形式利用運算放大器將電流信號放大為電壓信號后，利用數字電路進行AD變換，轉換為數字信號測量。該電路優點是放大電路簡單，只需一級電流-電壓放大電路，缺點是單純的電壓信號不能進行遠距離傳輸，無法滿足遠程測量的需求，且需要引入數字電路，存在數-模干擾、測量結果波動起伏較大等缺點。

【發明內容】

[0006]本實用新型的目的就是為了克服上述【背景技術】的不足之處，提供一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路，其下限可測量fA級電流、量程范圍可跨越8個以上數量級。該電路第一級只采用一片儀表放大器，同時引入換檔技術和電壓-頻率變換技術，解決了弱信號測量時電路結構復雜、量程范圍窄、輸出信號傳輸距離短、測量結果波動大等缺點。
[0007]本實用新型的目的是通過如下技術措施來實現的:一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路，包括電流-電壓變換電路和電壓-頻率變換電路，所述電流-電壓變換電路的輸出端與電壓-頻率變換電路相連；所述電流-電壓變換電路由儀表放大器U1、電流反饋電阻RfR3、干簧繼電器開關K2、K3組成，待測電流輸入端Iin與儀表放大器Ul的輸入端相連，R1、R2、R3為三檔并聯的電流反饋電阻，R1?R2?R3，電阻Rl連接在儀表放大器Ul的輸入端和輸出端之間，干簧繼電器開關K2、K3分別與電阻R2、R3串聯后連接在儀表放大器Ul的輸入端和輸出端之間；所述電壓-頻率變換電路由電壓-頻率變換模塊U2及其積分電容Cn組成，電壓-頻率變換模塊U2的輸入端與電流-電壓變換電路的輸出信號Vl相連。
[0008]本技術方案利用偏置電流非常低的儀表放大器Ul作為信號第一級的放大器，利用電壓反饋法將電流信號轉換為電壓信號。利用高絕緣度干簧繼電器控制選擇反饋電阻的阻值，拓寬電路的量程范圍。為了方便信號的遠距離傳輸和采集測量，在第一級后面引入了電壓-頻率變換電路，將電壓信號轉換為頻率與電壓成正比的方波信號，后續電路只要確定輸入級的檔位和脈沖頻率，即可確定輸入電流的大小。由于電壓-頻率變換電路有電荷積分電路存在，對信號電壓信號起到了積分濾波的作用，減小了輸出信號的波動性。
[0009]在上述技術方案中，為了抑制在高放大倍數換檔時輸入端工作電壓變化造成的輸出信號反向漂移，在儀表放大器Ul的輸入端設有一個通過干簧繼電器Ks控制的泄壓電阻，用來在檔位切換時向輸入端提供一輔助電壓，防止放大器輸出端出現反沖，減小了檔位切換時間。
[0010]在上述技術方案中，所述儀表放大器Ul的輸出端設有一穩壓二極管Dc,用來限制儀表放大器Ul的最大輸出電壓始終低于放大器的飽和輸出電壓，這樣可防止輸入端突然出現大電流時放大器飽和而損傷元器件。
[0011 ] 在上述技術方案中，電流-電壓變換電路輸出的電壓信號利用電壓-頻率變換電路轉換為脈沖高度一定的方波信號，電路的靈敏度可通過調整電路的參考電流來改變。在電壓-頻率變換電路后端可增加一級跟隨放大電路，提高信號的傳輸距離。
[0012]本實用新型的有益之處在于:其下限可測量fA級電流、量程范圍可跨越8個以上數量級。該電路第一級只采用一片儀表放大器，同時引入換檔技術和電壓-頻率變換技術，解決了弱信號測量時電路結構復雜、量程范圍窄、輸出信號傳輸距離短、測量結果波動大等缺點。
【專利附圖】

【附圖說明】
`[0013]圖1為本實用新型高靈敏度寬量程電流放大變換電路的連接圖。
[0014]圖2為本實用新型中電壓-頻率變換模塊為多個集成電路組合的示意圖。
[0015]圖3為本實用新型中電壓-頻率變換模塊為單個集成電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0017]如圖1所示，本實施實例提供一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路，包括電流-電壓變換電路和電壓-頻率變換電路，所述電流-電壓變換電路的輸出端與電壓-頻率變換電路相連；所述電流-電壓變換電路由儀表放大器U1、電流反饋電阻RfR3、絕緣電阻非常高的干簧繼電器開關K2、K3組成，待測電流輸入端Iin與儀表放大器Ul的輸入端相連，RU R2、R3為三檔并聯的電流反饋電阻，R1?R2?R3,電阻Rl連接在儀表放大器Ul的輸入端和輸出端之間，干簧繼電器開關K2、K3分別與電阻R2、R3串聯后連接在儀表放大器Ul的輸入端和輸出端之間。所述電流反饋電阻R2和R3由干簧繼電器控制是否導通。Rl直接連接，確保始終處于導通狀態，這樣確保當K2、K3均斷開時，電路輸入輸出端之間的反饋電阻最大不超過Rl，避免懸空時反饋電阻無窮大而使電路產生自激放大。為了能夠測量弱電流信號，如幾十fA的電流信號，放大器Ul需采用偏置電流非常小的放大器，如INA116、LMC6001,同時,放大器輸入端懸空布置，Rl米用溫度系數較小的大電阻，阻值在1G~1T之間。
[0018]由于Rl非常大，當K2或者K3斷開時，輸入端的電流不能迅速從Rl端泄放掉，會引起Ul輸入端工作點變化，從而使輸出端電壓反相。為了克服該困難，在電流輸入端通過干簧繼電器開關Ks接入了一個參考電壓Ns’當K2、K3斷開瞬間，讓Ks閉合，給Ul輸入端一個參考電位，使放大器始終處于正常工作狀態。Ks閉合時間非常短,在Is以內，該時間段內的輸出信號可以通過后續信號處理單元扣除，因此不會影響測量結果。
[0019]在弱信號測量時，當輸入端Iin有較大電流沖擊時，會使放大器Ul進入保護工作狀態，需要較長時間才能恢復。為了克服這個困難，在Ul輸出端接有一個限制輸出電壓幅度的穩壓二極管Dc (Dc的極性由Ul輸出信號的極性決定)，當Ul輸出電壓幅度超過穩壓二極管的擊穿電壓Vz時，輸出電壓將限制在Vz。這樣，當沖擊過去后，電路能很快恢復至正常工作狀態。
[0020]所述電壓-頻率變換電路由電壓-頻率變換模塊U2及其積分電容Cn組成，電壓-頻率變換模塊U2的輸入端與電流-電壓變換電路的輸出信號Vl相連。
[0021]電壓-頻率變換模塊U2負責將Ul輸出的電壓信號轉換為頻率等比例的方波信號。似可以是單個集成電路芯片，如乂1?4151、40537、111131，也可以是多個集成電路芯片組合而成的功能模塊，如LM131與LF356的組合。由于Cn有積分的作用，因此，可以過濾掉Ul輸出信號中的交流噪聲。
[0022]如圖2所示為本實用新型中電壓-頻率變換模塊U2采用多個集成電路組合而成的實施例。其中，U2A為電壓-頻率變換集成電路，如LM131，U2B為運算放大器，如LF356，Cn為積分電容，Ct和Rt組成 RC振蕩電路。由于U2B的使用，電路的測量精度得到了提高，有利于測量弱電壓信號。
[0023]如圖3所示為本實用新型中電壓-頻率變換模塊U2采用單個集成電路的實施例。電壓-頻率變換模塊U2為XR4151、AD537、或LM131。其中，Cn為積分電容，Vref為U2內部邏輯電路的參考電壓。由于本實用新型第一級電路對輸出電流信號進行了預放大處理，因此對后續V-F變換電路要求不高，因此，兩種實施例均可滿足使用需求。
[0024]為了提高本實用新型在不同的環境溫度下測量結果的精度，可在電路板上布置一溫度傳感器，在測量頻率和檔位信號的同時，記錄下溫度值，事先利用電流源測量出電路各檔的溫度曲線，用來對測量結果進行溫度修正。
[0025]本說明書未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1.一種高靈敏度寬量程電流放大變換電路，其特征是:包括電流-電壓變換電路和電壓-頻率變換電路，所述電流-電壓變換電路的輸出端與電壓-頻率變換電路相連；所述電流-電壓變換電路由儀表放大器U1、電流反饋電阻Rf R3、干簧繼電器開關K2、K3組成，待測電流輸入端Iin與儀表放大器Ul的輸入端相連，R1、R2、R3為三檔并聯的電流反饋電阻，R1?R2?R3,電阻Rl連接在儀表放大器Ul的輸入端和輸出端之間，干簧繼電器開關K2、K3分別與電阻R2、R3串聯后連接在儀表放大器Ul的輸入端和輸出端之間；所述電壓-頻率變換電路由電壓-頻率變換模塊U2及其積分電容Cn組成，電壓-頻率變換模塊U2的輸入端與電流-電壓變換電路的輸出信號Vl相連。
2.根據權利要求1所述的高靈敏度寬量程電流放大變換電路，其特征是:所述儀表放大器Ul的輸入端設有一個通過干簧繼電器Ks控制的泄壓電阻。
3.根據權利要求1所述的高靈敏度寬量程電流放大變換電路，其特征是:所述儀表放大器Ul的輸出端設有一穩壓二極管Dc。
4.根據權利要求1所述的高靈敏度寬量程電流放大變換電路，其特征是:所述電壓-頻率變換電路輸`出端增設跟隨放大電路。
【文檔編號】G01R19/252GK203658433SQ201320748699
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】孫光智, 左亮周, 杜偉, 劉舜, 金坦, 何莉, 張超, 薛家旭, 朱國華, 夏炎 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所