廣泛應(yīng)用于傳感器的電流輸入型前置放大器電路及工作原理

電路的功能

本放大器又稱電流-電壓轉(zhuǎn)換器，是OP放大器的有效應(yīng)用實(shí)例，由于本電路反相輸入端是作為假設(shè)地而工作的，可以作為輸入電阻極低的電流測(cè)量，也可作為各種傳感器的前置放大器使用。在本電路輸出端增加一個(gè)模擬表頭，把輸入電流轉(zhuǎn)換成電壓。則可構(gòu)成高靈敏度的電流計(jì)。

電路工作原理

電路去掉了反相輸入端的電阻，在反相放大中電路的工作就是由電路控制的，從信號(hào)源流入的電流IIN被送到OP放大器的輸出，即IIN=IF。但作為衰減因素要考慮OP放大器的輸入偏流IB。

電流-電壓轉(zhuǎn)換原理是，在OP放大器的輸出輸入端加入反饋電阻RF，就可以轉(zhuǎn)換成電壓EO（EO=IF*RF）。RF可由RF=EO/I1N的公式求出。假定輸出電壓1V，滿量程輸入電流IIN=1UA，則RF=1*10的6次方歐。

下面說明一下與電路基本工作無關(guān)的元件。與OP放大器反相輸入端串聯(lián)的電阻R1是限流電阻，在輸入過載時(shí)，對(duì)OP放大器起到保護(hù)作用。選用一個(gè)大概的值即可。

二極管D1、D2的作用是對(duì)正反向電壓進(jìn)行箝位，以使輸入到OP放大器的差動(dòng)電壓不至過大。電路進(jìn)行正常的工作時(shí)，可認(rèn)為它們是假想接地點(diǎn)虛地，不產(chǎn)生電壓。

反饋電容C1的作用是在轉(zhuǎn)換微弱電流時(shí)衰減其中的噪聲成分。但須注意頻率響應(yīng)。零點(diǎn)頻率F0由F0=1/2XCF.RF（HZ）公式確定，在選用時(shí)要與所需的頻率相協(xié)調(diào)。用于直流時(shí)，可采用容量大的電容器獲得積分效果。

齊鈉二極器ZD1.2的作用是使OP放大器的電源電壓穩(wěn)定到正負(fù)5V，減少功耗，抑制芯片內(nèi)部的溫升，減少偏流IM的增量。如果用于普通電路電源電壓可為正負(fù)15V，這時(shí)應(yīng)駢掉電路中的ZD1.2。

元件的選用

因?yàn)榱魅隣P放大器輸入端的偏流會(huì)產(chǎn)生誤差，所以應(yīng)使流為最大輸入電流的1/100~1/1000。如果輸入偏流I為100PA，那么10NA全量程轉(zhuǎn)換精度則為1%。

I隨周圍溫度而變，用FET輸入型放大器時(shí)應(yīng)予注意。如選用單極型，I小的LT1012，溫度特性則可得到大幅度的改善。

反饋電阻RF用RF=EO/IIN的公式求出。輸入電流IIN越小，電阻值越高，很難獲得性能良好的反饋電阻元件。一般小的產(chǎn)品，而且成本很高。所以當(dāng)使用500K以上的反饋電阻時(shí)，事先要搞清溫度系數(shù)是多少。

組裝注意事項(xiàng)

對(duì)數(shù)+NA的微弱電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，組裝則成為重點(diǎn)。一般采用護(hù)圈，當(dāng)電源線與輸入線交叉時(shí)，如果絕緣電阻不是無限大，就會(huì)有電流流過，并且還會(huì)隨溫度而變，所以造成電路工作不穩(wěn)定，輸入數(shù)百PA以下的電流時(shí)，使用聚四氟乙烯端子，懸空布線比采用護(hù)圈要好。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

本放大器作為硅光二極管用的前置放大器時(shí)，外來光或電源交流會(huì)使已轉(zhuǎn)換的電壓波形中混入噪聲。在輸出響應(yīng)低或輸出電流平均值時(shí)，CF（100PF）則應(yīng)選用較大的值。

輸入微弱電流時(shí)，除應(yīng)注意組裝外，還應(yīng)采用把電路全部放入金屬盒內(nèi)的方法在輸入端開路時(shí)不能進(jìn)行失調(diào)調(diào)整。這是因?yàn)镺P放大器在輸出器工作時(shí)，即使旋轉(zhuǎn)VR1，電阻值也基本不變。如果讓輸入短路，或以RF的1/100左右的電阻端接，則可準(zhǔn)確地消除失調(diào)。