tianda_spl 发表于 2012-10-27 13:53:46

六量程指针微纳安表

电路原理图来自LT1012手册第12页。



首先，简单分析下这个电路的原理。
1.这里的LT1004C是1.2V基准，由于这个型号实体店较少出售，所以我换成了LM385-1.2V基准，10K是限流电阻。因为是指针表，所以这样的基准已经很好了。

2.右面的2K可调电阻及以下那一串组成分压网络，从那个100pA的节点算起，往下的每一个节点都比上一个差一个固定的电压值。比方说，100pA这个节点是0.36V，那么1nA这个节点就是0.3V，10nA这个节点就是0.24V。因为549欧姆不好买，所以我换成了560欧姆，这个改变不会对电路有影响，只不过把可调电阻调节到另外一个位置就行了。要注意的是，这些560欧姆尽量阻值一致。那么100pA这个节点应该是多少伏特呢？别急，一会咱们算算。

3.Q1---Q4是晶体管阵列，其实这个型号的芯片里有5个晶体管，只不过第五个几乎不用，在图上你看到有个PIN13了吗？这个13引脚就是第五个晶体管的发射极，在芯片上它已经连接到硅了衬底上，所以Q5几乎不使用。在这个芯片上Q1和Q2是配对的（参数尽量一致），它们只有一个连在一起的发射极。我把这个芯片换成了LM3046，这个型号我在e络盟买到了。

4.输入端的10k和0.1uF组成滤波。测试表明，这个电容太大，导致10nA以下时，表头反应极慢，因为被测的电流对这个电容进行充电。后来我换成1nA电容，仍旧很慢，最后去掉了这个电容。

5.现在，被测的电流如果比LT1012的偏置电流（典型20pA左右）大许多倍时，可以认为全部流到Q1集电极。如果你学过模拟电路，就知道，理想PN结方程，三极管的集电极电流可以表达为基极发射极电压的函数。下面是手写图片。




被测电流全部流入Q1集电极，就是IC1。因为Q1和Q2配对，所以参数一致，IS1=IS2=IS，IS是和工艺有关的参数，叫饱和电流。假设放大10倍，那么UBE2=UBE1+0.0598V。因为Q1和Q2发射极连接在一起，而且Q1基极接地，所以UB2=0.0598V≈0.06V。所以右面那一串电阻，每级增加约0.06V，100pA处约0.36V。比方说测量100uA电流，那么100uA表头刚好合适，不需要放大，所以档位开关接在最下面的GND处，这时Q1和Q2基极电位一致，不放大。如果测量1uA电流，在100uA的表头需要放大100倍，这是Q2的基极电位需要比Q1基极电位（就是GND）大0.06*2V。


好了，再说说制作过程。
1.买一个100uA的表头。但是你先想想，假设有一个很准的100uA电流，送给这个表头，它会真好指到100uA刻度吗？不一定，如果指过了，这个好办，并一个电阻分流就行。但是要指不到100uA刻度就麻烦了。所以，我干脆买一个50uA表头，回来自己改成100uA的。
2.参考老大的帖子。https://bbs.38hot.net/read.php?tid=17593，其中的第三个图。制作一个100uA和小于50uA的电流源（比如说40uA，记为IS）。
先给表头调零，加上IS（那个小于50uA的电流），看看它到底指到那个刻度，记下来，比如说I1。同时用万用表测量一下表头两端电压，记下来，比如说U1。那么U1/IS就是表头内阻R1。然后给表头并联一个电阻R2=50*U1/(100*I1-50*IS)。并联之后，加上100uA电流，看看读数是不是100uA，不是的话适当调整电阻R2。
3.在壳子上开孔，把表头放进去，这个活需要有耐心。
4.找一个合适的洞洞板，把电路焊接好。装上接线柱和档位开关，ok。这个电路虽然比较简单，但是在焊接安装时有好些飞线，很烦满。
5.调试，按照LT的文档，加上1uA电流，1uA档位，转动可变电阻读满刻度，即可。

整体



接线柱



档位开关和电池盒



表头



调零电位器



内部



内部表头

以下是测试，测试的话需要准备一些电流源，器材不足，精力有限，只弄了10个电流值。


10档电流源





1uA档位测试1uA，注意表头已经改造为100uA满量程的，所以读数乘以2才行。这个是1uA档位。




1uA档位测试0.25uA





10uA档位测试1uA





10uA档位测试10uA





100uA档位测试50uA





100uA档位测试100uA





100nA档位测试100nA





1uA档位测试50nA





100nA档位测试50nA





100nA档位测试10nA



10nA档位测试1nA



1nA档位测试1nA



1nA档位测试0.25A

测试表明，这个电路的100pA档位很糟糕，而且没有更小电流源，所以就不做测试。
另外，电流达到1nA以下时，身体稍微晃动，就会造成表头指针摆动。

hepingmail 发表于 2012-10-27 14:07:29

王珏 发表于 2012-10-27 14:24:16

鼓励共享！

fswqz 发表于 2012-10-27 14:29:55

支持制作，向你学习。

longshort 发表于 2012-10-27 15:02:40

看电路图，最小量程档是100微微安，也就是100pA。
1微微安是1uA的百万分之一，1微纳安是1nA的百万分之一，换算成微微安是0.001pA=1fA。

poseidonstorm 发表于 2012-10-27 15:05:14

宋老师我有个问题啊，这个电流你是怎么产生的呢？

电流表不是应该是输入输出串联的结构么，您的电路里面有输入，输出难道是接地么？

那也就是说是测试测量端的驱动能力的是吧？

假设我要测量运放的输入端电流，用您的这个纳安表怎么去测量呢？

tianda_spl 发表于 2012-10-27 15:18:28

poseidonstorm:
宋老师我有个问题啊，这个电流你是怎么产生的呢？

电流表不是应该是输入输出串联的结构么，您的电路里面有输入，输出难道是接地么？

那也就是说是测试测量端的驱动能力的是吧？
....... images/back.gif



把被测的电路切断，然后吧这个表的in端子串联进去，从GND出来，如上图所示。
表和被测的电路必须是独立供电的，否则测量不了，而且出错。
这个电路结构的in是虚地（对这个表的电路而言），所以in和GND（这个电路的真正GDN）之间阻抗很小。

这个表基本测量不了运放偏置电流，量程太大，运放的偏置电流都很小。

tianda_spl 发表于 2012-10-27 15:19:00

回 longshort 的帖子

longshort:看电路图，最小量程档是100微微安，也就是100pA。
1微微安是1uA的百万分之一，1微纳安是1nA的百万分之一，换算成微微安是0.001pA=1fA。 (2012-10-2715:02) images/back.gif

longshort想说什么呢？

youngliu 发表于 2012-10-27 15:19:52

这个电流表标示的是垂直安装，楼主用成水平安装，误差会不会增大些？

poseidonstorm 发表于 2012-10-27 15:21:02

回 tianda_spl 的帖子

tianda_spl:

把被测的电路切断，然后吧这个表的in端子串联进去，从GND出来，如上图所示。
表和被测的电路必须是独立供电的，否则测量不了，而且出错。
....... (2012-10-2715:18) images/back.gif


您示意图上的GND是不是特指的那个镜像管下面那个晶体管的地？否则别的电流都算进去就不对了吧？

libya110 发表于 2012-10-27 15:21:44

制作帮顶

poseidonstorm 发表于 2012-10-27 15:23:21

tianda_spl:



把被测的电路切断，然后吧这个表的in端子串联进去，从GND出来，如上图所示。
表和被测的电路必须是独立供电的，否则测量不了，而且出错。
....... https://bbs.38hot.net/images/back.gif


tianda_spl 发表于 2012-10-27 15:32:27

poseidonstorm:
宋老师我有个问题啊，这个电流你是怎么产生的呢？

电流表不是应该是输入输出串联的结构么，您的电路里面有输入，输出难道是接地么？

那也就是说是测试测量端的驱动能力的是吧？
....... images/back.gif

我以前看过一个ADI的应用文章，说怎么测量偏置电流，那个文章在我家里电脑上，现在不能发给你。
我随手画了一个电路。


这个电路放大1000倍或者其他倍数随你愿意。
那么它放大什么呢？放大这个运放同相和反向之间的失调电压。但是这个失调电压由两部分组成，一个是运放本身的失调，另外一部分就是运放同相端的偏置电流流过100M或者更大电阻而产生的失调，如果这个电阻足够大，则由运放偏置电流产生的失调电压大过本身失调，那么由输出端测量结果除以放大倍数再除以那个大电阻，就是偏置电流。
你也可以在那个大电阻处放一个开关，第一次让同相端接地，测量运放本底失调，第二次再接大电阻，两次结果相减，可以扣除运放本底失调的影响。

不过这个方法测量不了太小的偏置电流，比如10pA以下，因为印制板的漏电也得10pA水平。
除非把同相端和大电阻悬空接，或者使用特氟龙柱。

tianda_spl 发表于 2012-10-27 15:34:00

回 poseidonstorm 的帖子

poseidonstorm: (2012-10-2715:23) images/back.gif

对，就是这个。

tianda_spl 发表于 2012-10-27 15:39:02

回 youngliu 的帖子

youngliu:这个电流表标示的是垂直安装，楼主用成水平安装，误差会不会增大些？ (2012-10-2715:19) images/back.gif

这个还真没注意，收条件限制吧。
误差，我感觉10nA以上2%以内吧，至少肉眼很严看出啦。
1nA的话，得看档位了，选择10nA档位还可以。
1nA和100pA档位误差有些大，5%以上。

luojy 发表于 2012-10-27 15:50:32

牛人牛人牛人

puff 发表于 2012-10-27 16:39:10

做的东西和用的工具都很漂亮

nick2329 发表于 2012-10-27 17:04:48

不错，学习了。

长风 发表于 2012-10-27 17:49:08

这个好.谢谢.以前我用324做差得很!

tianda_spl 发表于 2012-10-27 21:39:35

回 longshort 的帖子

longshort:看电路图，最小量程档是100微微安，也就是100pA。
1微微安是1uA的百万分之一，1微纳安是1nA的百万分之一，换算成微微安是0.001pA=1fA。 (2012-10-2715:02) images/back.gif

我明白您想说什么了。
是我标题没写明白，少写了二个字。
标题应该是：微安和纳安表。
微纳安会引起误解。

黑背 发表于 2012-10-27 21:42:52

受教了，

爱好一点 发表于 2012-10-27 23:10:07

dly,学习

poseidonstorm 发表于 2012-10-27 23:25:53

回 tianda_spl 的帖子

tianda_spl:我以前看过一个ADI的应用文章，说怎么测量偏置电流，那个文章在我家里电脑上，现在不能发给你。
我随手画了一个电路。


....... (2012-10-2715:32) images/back.gif

恩~我刚做了运放nV噪声测量的板子~这个电路比起0.1-10Hz噪声测量电路就多了个电阻~我可以一并试一下，谢谢您啦。

zsxlh 发表于 2012-10-28 03:17:04

很好的示范！多谢楼主！

长风 发表于 2012-10-28 10:53:17

poseidonstorm ：恩~我刚做了运放nV噪声测量的板子~这个电路比起0.1-10Hz噪声测量电路就多了个电阻~我可以一并试一下，谢谢您啦。
这位小老师也把原理图传上来学习学习—下好吗。谢谢。

长风 发表于 2012-11-16 17:17:06

jacky-cheung 发表于 2012-11-16 22:46:03

本坛水平越来越高了，可喜可贺。
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