极微弱准直流电流信号测量电路的设计.pdf

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1、2015年仪表技术与传感器2015第8期InstrumentTechniqueandSensorNo．8极微弱准直流电流信号测量电路的设计于向前，陈鸿飞，邹鸿，施伟红，邹积清，仲维英(北京大学地球与空间科学学院空间物理与应用技术研究所，北京100871)摘要：针对极微弱准直流电流信号检测中的噪声和零点漂移问题，采用理论分析和数值计算的方法设计了一款检测电路，包括前置放大器、主放大器和滤波电路。试验表明，该电路具有较低的噪声、较高的灵敏度、较宽的量程和较低的零点漂移量，能够满足实际测量要求。实验结果与理论分析和数值模拟相吻合，可以为

2、极微弱直流电流信号测量技术领域的研究工作提供参考。关键词：极微弱准直流电流信号测量；前置放大器；噪声分析；AD549；LTC1150中图分类号：TP272文献标识码：A文章编号：1002-1841(2015)08—0062-03’CircuitDesignofUltra-smallDCSignalsYUXiang—qian，CHENHong—fei，ZOUHong，SHIWei-hong，ZOUJi—qing，ZHONGWei—ying(InstituteofSpacePhy~csandAppliedTechnology，Peki

3、ngUniversity，Beijing100871，China)Abstract：Inallusiontotheproblemsofnoiseandzerodriftexistingintheultra·smallDCsignalsmeasurement，usingtheoreti—calanalysisandnumericalcalculations，thissubjectdesignedacircuitconsistingofapreamplifier，amainamplifierandafilter．Ex—periment

4、resultsshowthatthiscircuithaslowernoiselevel，highersensitivity，widerrangeandlowerzerofluctuate，whichcanmeettheactualmeasurementrequirements．Theresultscoincidewiththeoreticalanalysisandnumericalsimulation，whichcanprovideref-ereneeforresearchofultra-smallDCsignalsmeasur

5、ement．Keywords：preamplifier；noiseanalysis；AD549；LTC11500引言的设计结合起来。在空间探测技术、核探测技术及其它仪器仪表研究领域，传感器前置放大器主放大器滤波器需要准确测量极微弱的准直流电流信号，例如，在某空间探测放大的仪器的研制中，在传感器输出信号以后，就需要用到量程范围电压信号为0．1—100pA的准直流电流测量电路。微弱信号极易受到周图1极微弱准直流电流信号测量电路原理框图围环境的干扰，而淹没在噪声中。在实际电路设计中，任何一1．2前置放大器的噪声分析和参数选择个细节的疏忽

6、都有可能造成测量的失败。微弱信号分为准直前置放大器是电路的核心，决定了电路的噪声水平和响应流信号和交流信号。前者与后者相比，不仅要考虑信噪比，还时间常数。据Friis公式可知，前置放大器的噪声系数对放大器要考虑零点漂移问题。针对某空间探测仪器的要求，设计了一的总噪声系数影响最大⋯。故要求前置放大器必须噪声小、增款极微弱准直流电流信号测量电路，具有噪声低、零点漂移小、益稳定、精确、抗干扰能力强。前置放大器的设计分为JEFT对稳定性好、量程宽和体积小等特点。管法和高性能运算放大器法。随着低噪声运放技术的不断发1电路设计展，直接选用低噪

7、声运放设计传感器前置放大器，成为一种重1．1电路原理框图要的发展趋势。运放的应用大大简化了低噪声电路的设计电路的原理框图如图1所示。传感器可以等效为一个电和调校。流源，。、一个电阻n。和一个电容C。并联。电流源的输出电流设计前置放大器的任务，就是在给定的传感器输出信号幅范围，即传感器的输出电流信号幅度为0．1—100pA，这就要求度、传感器内阻、传感器等效电容、放大器增益、阻抗和响应特后续放大电路能够处理0．1pA的电流信号。考虑到系统的零性等条件下，使放大器的噪声特性最佳，即输出信号具有最佳点漂移应该尽量小，前置放大器只完成阻抗

8、匹配，即将电流信的信噪比。高性能运算放大器的选择原则是：输入偏置电流号转化为电压信号，主放大器采用具有低零点漂移的斩波放大，B、输入失调电流，0及输入失调电压要尽量小；电流噪声i器LTC1150，对信号起主要放大作用。滤波器的作用是滤掉高和电压噪声