[其他]微电流计

说明书

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I_D值近似相等。因为栅压电压V_GS是I_D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V_GS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V_GS值也就基本不变。IC₁的栅漏电压V_DS是BG₁管V_GS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V_DS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I_G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R_F。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《R_F，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I_S有如下关系：

u_o＝ (（R_F+R₁₂)+R₁₂·R_F)/(R₁₁+(1+A)R₁₂) ·AI_S

= -(1+ (R₁₁)/(R₁₂) )R_F·I_S(1)

即等效反馈电阻为：

R_F′=(1+ (R₁₁)/(R₁₂) )R_F(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R_F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。