六量程指针微纳安表

tianda_spl

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

王珏

鼓励共享！

fswqz

支持制作，向你学习。

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。

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？

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

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？
.......

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

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。 (2012-10-27  15:02) 

longshort想说什么呢？

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？

poseidonstorm

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。
....... (2012-10-27  15:18)

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

制作帮顶

poseidonstorm

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。
.......

tianda_spl

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？
.......

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

poseidonstorm: (2012-10-27  15:23) 

对，就是这个。

tianda_spl

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？ (2012-10-27  15:19) 

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

牛人牛人牛人

puff

做的东西和用的工具都很漂亮

nick2329

不错，学习了。

长风

这个好.谢谢.以前我用324做差得很!

tianda_spl

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。 (2012-10-27  15:02) 

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

受教了，

爱好一点

dly,学习

poseidonstorm

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。


....... (2012-10-27  15:32) 

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

很好的示范！多谢楼主！[s:21]

长风

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

      [s:2]

jacky-cheung

本坛水平越来越高了，可喜可贺。