微弱电流信号的测量

bigbat

微弱电流信号的测量 [复制链接]

 

最近在做一个生物传感器的项目需要测量微弱信号，信号大致范围为10~800nA的样子，通常的方案是通过一个大阻值的电阻（100M~1G Ω）转化成电压信号，在做电压跟随进行测量。但是这个方案的输入电阻较大，传感器厂家推荐的阻抗为30Ω的样子。现在想使用达林顿三级管的分立元件先做电流放大在转电压信号。这个方案是否可行？请高手指点。

gmchen

你还不如用一个精密运放做一个跨阻放大器，直接将电流转为电压，可以保证输入阻抗几乎等于零。只要运放选择得当，噪声也可以很低。

maychang

建议使用高输入阻抗的运放(偏置电流极小，失调电压也极小)构成电流-电压转换电路(跨阻放大器)。

maychang

“使用达林顿三级管的分立元件先做电流放大在转电压信号”可行，但实在是太麻烦，且性能一般不会优于运放构成的放大器。

bigbat

考虑过“跨阻放大器”,传说其噪声很大，不好抑制。因为电流较小信号微弱，也就没有多想。不知各位怎么看？有做过的给点建议。不胜感激！传感器输出功率也就3μW。

gmchen

bigbat 发表于 2017-8-23 18:45
考虑过“跨阻放大器”,传说其噪声很大，不好抑制。因为电流较小信号微弱，也就没有多想。不知各位怎么看？ ...

噪声功率与带宽成正比，你的生物传感器是不是信号变化很缓慢？如果是，那么只要将放大器的带宽控制得当，就可以得到低的噪声。

gmchen

当然，前提是运放本身的噪声也要很低。但是这个条件现在比较容易满足，低噪声的运放还是比较好找的。

bigbat

gmchen 发表于 2017-8-23 19:13
当然，前提是运放本身的噪声也要很低。但是这个条件现在比较容易满足，低噪声的运放还是比较好找的。

谢谢，生物传感器的频率不是很高，可以认为是一个“小电池”。

huaiqiao

像ADI这样的半导体厂家，一般都是会有将电流信号转换为电压信号的片子，然后再放大，进行ADC采样。

QWE4562009

gmchen 发表于 2017-8-23 08:33 你还不如用一个精密运放做一个跨阻放大器，直接将电流转为电压，可以保证输入阻抗几乎等于零。只要运放选择 ...

不是需要输入阻抗大才好吗、？运放不就是那样的？

maychang

QWE4562009 发表于 2019-12-25 16:58 不是需要输入阻抗大才好吗、？运放不就是那样的？

gmchen老师已经说了：“用一个精密运放做一个跨阻放大器”。跨阻放大器输入阻抗极小，近似为零。

用运放可以构成多种电路，可以输入阻抗极小，也可以输入阻抗极大，或者是你想要的任何阻抗。

QWE4562009

maychang 发表于 2019-12-25 20:08 gmchen老师已经说了：“用一个精密运放做一个跨阻放大器”。跨阻放大器输入阻抗极小，近似为零 ...

阻抗小不是会影响到信号源嘛

QWE4562009

bigbat 发表于 2017-8-23 20:45 谢谢，生物传感器的频率不是很高，可以认为是一个“小电池”。

是电池吗？那就是说流过这个传感器之后，电压会上升咯？就是电压叠加

QWE4562009

huaiqiao 发表于 2017-8-23 20:47 像ADI这样的半导体厂家，一般都是会有将电流信号转换为电压信号的片子，然后再放大，进行ADC采样。

IV转换是有很多，不过很多会把微弱的信号吃掉

QWE4562009

gmchen 发表于 2017-8-23 19:05 噪声功率与带宽成正比，你的生物传感器是不是信号变化很缓慢？如果是，那么只要将放大器的带宽控制得当， ...

很快的 ，带宽不到20ms

 

QWE4562009

maychang 发表于 2017-8-23 08:37 建议使用高输入阻抗的运放(偏置电流极小，失调电压也极小)构成电流-电压转换电路(跨阻放大器)。

偏置电流极小，失调电压也极小--------------有什么好处  这个参数

maychang

QWE4562009 发表于 2019-12-26 10:58 阻抗小不是会影响到信号源嘛

“阻抗小不是会影响到信号源嘛”

那要看这个 “信号源” 是什么样的 “源”。

电压互感器次级不允许短路，电流互感器次级不允许开路。可见对电压互感器而言次级负载阻抗小影响大，对电流互感器而言次级负载阻抗大影响大。

maychang

QWE4562009 发表于 2019-12-26 11:05 偏置电流极小，失调电压也极小--------------有什么好处  这个参数

“偏置电流极小，失调电压也极小--------------有什么好处  这个参数”

运放的这两个参数，直接影响误差。

埋土书生

QWE4562009 发表于 2019-12-26 11:05 偏置电流极小，失调电压也极小--------------有什么好处  这个参数

偏置电流是一个统计量，并不是实际大小，而是对一批运放进行测量统计计算出来的，在外界条件比如温度改变都会产生影响，偏置电流大绝对散分度也大，这样的分散参数对于系统的分辨率是不利的，对于提高稳定度和可靠性来说小偏置电流都是很必要的，还有就是噪声，偏置电流主要是流过p n节的电流，pn节电流会产生散粒噪声，这也就是许多运放偏置电流大，噪声电流也大的原因，因此对于弱电流跨阻放大器来说小的偏置电流很重要。不过楼主要测量的电流都是na级的，还是比较大的，现在很多运放的偏置都在pa级，对实际测量的影响很小

bigbat

埋土书生 发表于 2020-1-3 23:50 偏置电流是一个统计量，并不是实际大小，而是对一批运放进行测量统计计算出来的，在外界条件比如温度改变 ...

谢谢，这个方案是使用精密运放做电压跟随，后进行电压放大。当时我对达林顿的特性不了解，才问的这个问题。“传统的BJT双极结型晶体管”的输入电流一般在十几个uA级，根本是没有办法做到nA级的放大的，所以只能使用COMS类型的器件，虽然问题已很久远，但谢谢你的回复！