传感器小电流信号的IV转换电路

dlcnight

传感器小电流信号的IV转换电路 [复制链接]

 

做了一个甲醛传感器IV转换电路，灵敏度大概是2.75nA@0.01PPM。电路图如下所示。（1）电压电流比率大概43万倍，这样大的放大倍数会不会引入误差和输出波纹？这种电路的精度主要受什么参数影响？
（2）实测电压一直在跳变，很不稳定。造成这样的原因可能有哪些？

maychang

纳安是相当小的电流，电路板漏电对这么小的电流来说都不能忽略。所以，输入端最好不要任何元件，除非迫不得已。
你使用的运放，我没有查其datasheet，不知道其输入电流有多大。运放的输入电流在待测电流为纳安时需要为皮安数量级才行。

fghdzb

可以看一看吉时利的低电平测量手册

dlcnight

maychang 发表于 2016-10-27 18:06
纳安是相当小的电流，电路板漏电对这么小的电流来说都不能忽略。所以，输入端最好不要任何元件，除非迫不得 ...

运放偏置电流是100pA，这个是满足要求的。
输入端不要任何元件，是指R23应该去掉么，为什么？
实际焊接我把R23和R22改为0R了。
一般来说做这种电路需要注意什么问题呢？电路板漏电是指导线上漏电到其他地方么？

maychang

dlcnight 发表于 2016-10-28 09:38
运放偏置电流是100pA，这个是满足要求的。
输入端不要任何元件，是指R23应该去掉么，为什么？
实际焊接 ...

100pA和2.75nA相比较，已经相当大了，占输入电流的3.6%。

R23等元件是安装(焊接)在电路板上，其焊盘可能漏电到电路板上其它地方。
R22可以焊接在电路板上，因R22接到2.5V基准，对地阻抗非常低。同理C58的漏电流(可能比电路板要大)影响不大。

输入端那支管子，是要控制输入短路么？

dlcnight

maychang 发表于 2016-10-28 09:55
100pA和2.75nA相比较，已经相当大了，占输入电流的3.6%。

R23等元件是安装(焊接)在电路板上，其焊盘可 ...

2.75nA是最小分辨单位，占它的3.6%不算大吧。
输入端JFET提供未上电时的导通回路，防止上电时输出发生大的漂移。
这个电路我使用的时候发现输出不稳定，这么大的电压电流比会参生误差和噪声么？

dlcnight

maychang 发表于 2016-10-28 09:55
100pA和2.75nA相比较，已经相当大了，占输入电流的3.6%。

R23等元件是安装(焊接)在电路板上，其焊盘可 ...

忘了说这个运放开环增益是130db，对于放大47万倍的信号是不是太小了。

maychang

dlcnight 发表于 2016-10-28 16:42
2.75nA是最小分辨单位，占它的3.6%不算大吧。
输入端JFET提供未上电时的导通回路，防止上电时输出发生大 ...

“2.75nA是最小分辨单位，占它的3.6%不算大吧。”
如果2.75nA是指分辨能力，那100pA当然不算大。

maychang

dlcnight 发表于 2016-10-28 17:10
忘了说这个运放开环增益是130db，对于放大47万倍的信号是不是太小了。

可以考虑用两片运放作二级放大。对后级运放的要求可以比第一级稍微低一些，尤其是噪声要求。

dlcnight

maychang 发表于 2016-10-28 17:48
可以考虑用两片运放作二级放大。对后级运放的要求可以比第一级稍微低一些，尤其是噪声要求。

嗯。我计算了下130db大概是316万倍，对于47万倍的放大误差确实很大了。这个也可能是造成输出不断漂移的原因。
不知道我理解的是否正确。

maychang

dlcnight 发表于 2016-10-28 21:46
嗯。我计算了下130db大概是316万倍，对于47万倍的放大误差确实很大了。这个也可能是造成输出不断漂移的原 ...

恐怕不是这个原因。
输出不稳定，温度变化的可能性最大，电路中某处漏电次之，环境湿度的影响也有可能。

dlcnight

maychang 发表于 2016-10-28 21:59
恐怕不是这个原因。
输出不稳定，温度变化的可能性最大，电路中某处漏电次之，环境湿度的影响也有可能。

温度湿度你是指对传感器的影响吧。
如果是漏电问题该怎么解决呢？

maychang

dlcnight 发表于 2016-10-29 08:05
温度湿度你是指对传感器的影响吧。
如果是漏电问题该怎么解决呢？

纳安级还不算非常小的电流。如果待测电流更小，要考虑电路板材质，装配后的表面涂复，等等。极端情况，可能需要将输入导线用特种绝缘物(聚四氟乙烯)制成的绝缘支架架起来。

dz2016

采用电流输入放大器，二级放大，后级加滤波

PCB厂商何生

你好，我是深圳这边深圳PCB的厂商，有需要的朋友可以联系我们，电话微信一样  13045877470  QQ；3101294194

gmchen

噪声与干扰恐怕是输出不稳定的主要原因。如果待测信号是一个缓变信号的话，建议大幅度加大C61（加大2个数量级左右）。

dlcnight

gmchen 发表于 2016-11-21 22:07
噪声与干扰恐怕是输出不稳定的主要原因。如果待测信号是一个缓变信号的话，建议大幅度加大C61（加大2个数量 ...

嗯，我已经加大了，换成4.7uf，稍好了点，但还不是很理想

gmchen

加大电容后，时间常数变大，一般情况下开机的电流冲击会消弱很多，因此建议你去掉那个场效应管，它是一个很严重的噪声源。

gmchen

还有，从传感器过来的导线是不是用屏蔽线或双绞线，这里会不会引入干扰？
其实对于你这个电路，因为采用了反相输入形式的电路，运放反相输入端对地的阻抗极低，所以漏电的问题基本上不用考虑。例如用屏蔽线输入，屏蔽线外壳接到2.5V的参考电压上或者干脆接在运放同相输入端，则屏蔽线内外导体之间的电位差基本就是0，所以不会有漏电。只有高阻输入的情况才要考虑漏电问题。

gmchen

还想啰嗦几句。
对于这种微弱信号检测问题，最好的方法还是用一个锁定放大器。