微电流测量电路设计
等精度测频—微弱电流检测电路
实验一等精度频率计的制作一、任务设计并制作一个等精度频率计。
二、要求和说明1、能够准确地测量1-1MHz方波（高电平接近单片机的VCC，低电平为0）的频率；2、测量的精度为≤±0.01%，测量速度≤1秒；3、适当扩展测试的功能，如脉宽、占空比的测量；3、尽可能地提高测量精度和测量速度；4、外围电路尽可能地简单。
三、方案参考用MCU频率测量方波频率的3种最基本方法为：测频法和测周法、多周期同步测频法。
测频法适合测量频率较高的脉冲，测周法适合测量频率较低的脉冲。
所谓的适合，主要是从测量的精度上考虑，因此测量不同频率范围的脉冲，需要将以上两种方法结合使用。
不管测频法还是测周法，其关键就是如何巧妙的设计和使用定时/计数器。
现在新型的MCU在定时/计数器单元上都增加了输入捕捉功能，学会掌握和正确使用这个输入捕捉功能能够大大提高频率测量的精度。
一般情况下，当测量频率的范围为1-1MHz、精度≤±0.01%时，可以分三段来进行测量。
1-100Hz采用测周法；100-10KHz采用多周期测频法；10KHz-1MHz采用测频法。
计数法：Fx = Nx±1/Tw Fx——信号频率Nx——计数个数Tw——计数时间这种测量方法的测量精度取决于计数时间和被测信号频率，当被测信号周期与计数时间相近时将产生较大误差。
少一个周期少一个周期多一个周期误差分析如下：测频法采用1秒内计数器计数的值来表达所测频率，该方法误差是绝对的，为±1，也就是±1Hz。
相对误差见下表：被测频率绝对误差测量精度1000000Hz ±1Hz ±0.0001%100000Hz ±1Hz ±0.001%10000Hz ±1Hz ±0.01%1000Hz ±1Hz ±0.1%100Hz ±1Hz ±1%1Hz ±1Hz ±100%从上表中可以看出，测频法在测量高频时测量精度好，频率越高精度越好。
低边电流检测电路设计
低边电流检测电路设计1.引言1.1 概述概述低边电流检测电路是一种用于测量电路中电流的重要组成部分。
在很多应用中，需要对电路中的电流进行精确测量和监控，以确保电路的正常运行和保护电子设备的安全。
本文将介绍一个设计低边电流检测电路的方法和原理。
首先，我们将对该电路的设计目的进行讨论，明确需要实现的功能和性能要求。
接着，我们将详细阐述该电路的设计原理，包括基本的电流测量原理和相关的电子元器件理论知识。
在电路组成部分，我们将介绍所需的元件和其相互连接的方式。
这将包括电压源，电阻器和运放等组件的选择和安装。
我们还将讨论一些常见的电路配置和调整方法，以提高电流检测电路的精确度和可靠性。
最后，我们将通过实验结果来验证设计的有效性，并通过对实验数据的分析和总结，对低边电流检测电路的性能进行评估。
同时，我们还将展望未来对该电路的改进和优化方向。
通过本文的阅读，读者将能够了解低边电流检测电路的设计方法和实现原理，以及如何正确选择和配置相关的元器件。
同时，读者还将了解到该电路的应用前景和未来的发展方向。
希望本文对读者在电路设计和电流测量方面能够提供一定的指导和帮助。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来介绍低边电流检测电路的设计原理、电路组成以及实验结果等内容。
第二部分为正文部分，将详细介绍低边电流检测电路的设计原理。
我们将首先阐述低边电流检测的概念及其在电子设备中的应用。
接着，我们将介绍低边电流检测电路的工作原理和基本原理，包括电流测量方法、电流放大技术等相关知识。
第三部分将重点讨论低边电流检测电路的电路组成。
我们将详细介绍电流检测元件的选择与设计，包括电流传感器、电流放大器、滤波器等。
此外，还将介绍电路的供电部分和输出部分的设计，以及对信号的处理和保护电路的设计。
第四部分为结论部分，将介绍实验结果的分析和总结。
我们将详细描述实验设计和实验结果，并对实验结果进行分析和讨论。
最后，我们将总结本文的研究内容，提出对未来研究方向的展望。
微电流测量
微电流测量（nA级交流、直流）一、直流微电流测量基于I-V变换的弱电流测量方法是常用的弱电流检测方法，其中的反馈电流放大型测量电路结构较简单，转换的线性较好，电路频率响应特性较好，在加入有效的硬件和软件抗干扰措施后，可以提高测量精度和稳定性。
因此测量的电路是按照基于反馈式电流放大器型I-V转换原理进行设计，其基本电路如图1所示。
图1 I/V转换原理图假定运放为理想运放，利用运算放大器的虚地概念和结点电流代数和为0的定律得出(1)输出电压V o与测量电流I s成线性比侧关系，比例系数为R f，因此根据放大要求选取R f值即可获得所需的放大倍数。
电流测量电路整体框架如图2，其中反馈电流放大电路采用的是两级放大方式。
图2 电路整体框图由于待测电流信号为10-9A，所需放大倍数较高，若采用一级放大，则需要R f约为1010Ω。
当R f过大时会产生较大的电阻热噪声电流，增大了分布电容，同时要求运放的输入电阻更大以减小分流；根据式(1)，一级放大后信号与输人为反相，所以采用两级放大电路，这样可以通过调整每一级放大倍数，来选择阻值适当的R f，减小由R f引起的误差；并通过两次电压反相，使放大电路的最终输出电压与输入信号同相，两级放大电路如图3。
图3 两级放大电路图为减小噪声干扰和运算放大器负担，通常要求输出电压应比运算放大器的噪声电压值至少大两个数量级或更高；但输出电压太大，必然要增大R f，同时增大对运算放大器性能的要求。
所以第一级放大器输出电压应设计为50～100mV，由式(1)，R f应为100MΩ。
图3中C f表示R f引入的杂散电容，通常为0.5pF。
当R f为100MΩ时，电路的截止频率约为0.3kHz，严重影响放大电路的频率响应特性。
为改进频率响应，可以引入补偿电容C来消除C f的影响。
根据运算放大器以及流入节点电流与流出节点电流相等特性，得出（2）由于R f1为kΩ级电阻，其杂散电容可忽略，可得（3）代入式(2)，拉式变换并消去V x(s)后，得出传递函数为（4）为消除C f影响，取RC=R f C f，得（5）由式(3)可知，截止频率为无穷大，理论上频带已经扩展到整个区域，因此频率响应得到改善。
★光电离传感器中微电流检测电路的设计★
电压应比运算放大器的噪声电压值至少大 2 个数量级或更
110
传感器与微系统
第 30 卷
输入线应用接地良好的屏蔽环屏蔽，整个电路应装在接地 的屏蔽盒内。 4 实验结果
对经标定的气 体 进 行 实 验，得 出 输 出 电 压 与 气 体 体 积 分数的结果如图 7 所示。
由图 7 看出： 输出电压信号与气体体积分数呈线性关 系，且相关性很好。
根据式 2 可知，可以调节 R1 与 R2 的比值来实现所需
要的放大倍数，而不需要将反馈电阻 Rf 设得太大，这样就
减小了噪声的干扰。
2． 2 低通滤波电路
无源 RC 低通滤波器带负载能力差，把集成运放和 RC
低通滤波电路结合在一起，组成有源滤波器可以提高带负
载能力。一阶有源低通滤波器衰减速度为 － 20 dB / 十倍频，
（ 1． Key Laboratory of Instrumentation Science ＆ Dynamic Measurement of Ministry of Education，North University of China，Taiyuan 030051，China；
2． Research Center of Shanxi Province for Opto-Electronic Information and Instrument Engineering Technology，Taiyuan 030051，China）
图 2 硬件设计框图 Fig 2 Design block diagram of the hardware
2． 1 I /V 转换电路 在光电离传感器的电信号测量中，I / V 转换是最关键
的部分。在微电流的测量过程中，一般是将它通过一定方 式转换成电压［4］。工作原理如图 3 所示。
微电流检测
目录1、设计背景 (1)2、设计方案选择 (1)2.1典型的微电流测量方法 (1)2.1.1开关电容积分法[1] (1)2.1.2运算放大器法 (2)2.1.3场效应管+运算放大器法 (2)2.2总体设计方案 (3)3、具体设计方案及元器件的选择 (4)3.1稳流信号源问题 (4)3.2I/V转换及信号滤波放大 (5)3.2.1前级放大 (5)3.2.2滤波及后级放大电路 (6)3.2.3运算放大器的选取 (6)3.3量程自动转换 (6)3.4信号采集处理 (7)4、软件仿真结果 (8)5、参考资料 (9)微电流测试电路设计1、设计背景微电流是指其值小于-610A的电流,微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，是一门针对噪声的技术,它注重的是如何抑制噪声和提高信噪比。
该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等许多领域具有广泛的应用。
我们所研究的微电流检测主要针对电力系统中的绝缘材料，因为现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大，电力系统的规模、容量也在不断扩大。
而电气设备的绝缘材料往往是电力系统中的重要组成部分，绝缘材料的漏电流情况严重会造成电力系统的重大损失。
微电流检测是通过对泄漏电流的测量来评估绝缘材料状况的有效方法。
近年来,针对微弱电流的信噪改善比SNIR已能达到1了，目前国内做得比较好的单位是南京大学,其独家生产的ND-501型微弱信号检测实验综合装置己被国内至少76家高等院校使用。
但其产品价格昂贵,少则几千元,多则几万元，例如HB-831型pA级电流放大器、HB-834型四通道pA级电流放大器、HB-838型八通道pA级电流放大器的售价分别为4100元/台、13000元/台、22000元/台。
所以，研制高精度、寿命长、成本低、电路简单的微电流检测仪具有重要的现实意义及理论参考价值。
为了达成目标，我们需要重点考虑以下几个问题：10 A（本设计要求）的稳流信号源的实现（1）如何获得实验信号，即电流为12问题；（2）如何将微弱电流信号转换成易于操作的信号；（3）怎样将微弱信号提取放大；（4）如何实现量程的自动转换问题；（5）将实际中的模拟信号转换成数字信号；（6）实现对数字信号的处理和显示。
微电流测量电路设计
微电流测量电路设计一、微电流测量电路的基本原理在微电流测量电路中，通过对微弱电流信号进行放大，可以将微弱电流信号转换成较大的电压信号，然后再通过信号处理电路进行滤波和增益控制，最后输出到显示设备上。
二、微电流测量电路的设计1.选择合适的电流放大器在微电流测量电路中，选择合适的电流放大器是非常重要的。
电流放大器的放大倍数应能够满足实际测量要求，同时还要有良好的稳定性和低噪声特性。
常见的电流放大器包括电流放大器IC、差分放大器、运放等。
选择合适的放大器需要考虑放大倍数、功耗、噪声、带宽等因素。
2.降低噪声和干扰此外，可以采用屏蔽措施、滤波器以及差分放大器等技术手段来抑制干扰和噪声。
3.选择适当的滤波器滤波器的作用是对放大后的电流信号进行滤波，去除不需要的干扰信号和噪声。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
在微电流测量电路中，可以根据具体要求选择不同类型的滤波器，比如使用带通滤波器来提取特定频段的信号。
4.增益控制的实现在微电流测量电路中，增益控制是非常重要的功能。
通过调整放大器的增益，可以适应不同范围的微电流测量。
增益控制可以通过调节电压分压电阻、变阻器、放大器的增益设置等方式实现。
5.输出显示电路的设计最后，微电流测量电路的输出显示电路设计也很重要。
通常使用数字显示器、LED灯或模拟表等设备来显示测量结果。
输出显示电路应保证测量结果的准确性和稳定性，同时还需要具备与其他系统进行数据交互的能力。
三、总结通过合理的电路设计和技术手段，可以实现对微弱电流的准确测量和稳定显示，为科学研究和工程应用提供有力支持。
微电流测量电路设计
摘要一、 引言在材料测试，静电研究等应用与研究中，常常需要测量一些uA 、nA 级的微弱电流（小于10-6A 电流的测量称为微电流的测量），对于微电流的测量一般有两种方法：取样电阻法和运算放大器电流反馈法。
取样电阻法的原理是在回路中接入取样电阻，根据欧姆定律，将电流测量直接转换成电压测量，但要求取样电阻的值很大，而通常要求测量电压的仪器输入电阻要比取样电阻大上1000倍以上，指针式电流表和静电计通常使用这种方法。
我们在实用电路中通常使用放大器电流反馈法，本文就介绍一种简单的I/V 转换电路，实现对微电流的测量。
二、 测量原理最基本的电流电压转换电路如下图所示，假定运算放大器是理想的运放，利用“虚短虚断”的概念，可以得出：O S f V I R =-输出电压O V 与测量电流S I 成线性比例关系，比例系数为f R ，因此只要适当选择f R 就可得到所需的放大倍数。
但在实际应用中，完全理想的运算放大器是没有的，由于集成电路制造技术及工艺的影响，必然存在会产生诸如输入失调电压，偏置电流等，放大器的开环增益也不可能无穷大，故实际的输入输出关系为：()O O S f OS B f V V I R V I R A=-+-+ 其中OS B V I A 分别为运算放大器的失调电压、输入偏置电流和开环增益。
实际放大器的误差为O O OS B V V V I R A∆=-+ 因此，只有满足被测电流远远大于运算放大器的偏置电流；被测电流所转换成德电压远远大于运放的失调电压；所选的运算放大器有足够大的开环增益,这也正是电流电压转换电路实现微电流的测量所要关注的。
三、电路分析根据测量电路原理分析可知，对微电流的测量既要选择合适参数的运算放大器，又要设计好电路的结构等。
1、元件选择运算放大器应该近似为理想的运算放大器，才能满足测量要求，这就要求其开环放大倍数和输入电阻为无穷大，才能保证输入端工作电流为零，也要求输出电阻为无穷小，保证输出电压不随下级负载而变，同时还要选择零点偏移小、温度漂移小、噪声电压小的运算放大器。
一种微电流检测电路[发明专利]
![一种微电流检测电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7dfd3c618762caaedc33d458.png)
专利名称：一种微电流检测电路
专利类型：发明专利
发明人：周泽坤,龚宏国,刘程嗣,石跃,王卓,张波申请号：CN201610554311.1
申请日：20160714
公开号：CN106249023A
公开日：
20161221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于电子电路技术领域，涉及一种微电流检测电路。
本发明的宽带微电流检测电路分为前后两级，前级为低输入阻抗的跨阻放大器，在足够宽的带宽下实现电路的主要跨阻增益；后级为电压增益级，为电路提供一定的增益和增加电路驱动能力。
本发明可以实现几十兆赫兹以上的带宽和超过10量级的跨阻增益。
申请人：电子科技大学
地址：611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
国籍：CN
代理机构：成都点睛专利代理事务所(普通合伙)
代理人：葛启函
更多信息请下载全文后查看。
微弱电流实验报告模板
微弱电流实验报告模板实验目的：探究微弱电流的特性。
实验设备：实验仪器、电源、导线、电阻、电流表。
实验原理：微弱电流是指电流很小的情况下，通常小于1 mA。
由于其电流很小，直接测量微弱电流是比较困难的。
在实验中，可以利用电压和电阻来间接测量微弱电流。
根据欧姆定律，电流I等于电压U除以电阻R，即I = U/R。
在实验过程中，通过改变电压U和电阻R的值，可以测量微弱电流的大小。
实验步骤：1. 连接电路：根据实验要求，连接电源、电阻、导线和电流表，构成所需的电路。
2. 设置电压值：根据实验要求，调节电源的输出电压，使其达到所需的值。
3. 测量电压和电流：使用万用表或电压表分别测量电压U和电流I的值。
4. 计算电流大小：根据测得的电压和电流值，利用欧姆定律计算出微弱电流的大小。
实验数据：电压U (V) 电流I (A)1.0 0.0052.0 0.0103.0 0.0154.0 0.020实验结果分析：根据实验数据计算得出的微弱电流随电压的增加而线性增大。
这符合欧姆定律的预期。
根据实验数据可以得出，当电压U 每增加1V时，电流I增加0.005A。
这表明，微弱电流的大小与电压成正比。
实验结论：通过本次实验，我们探究了微弱电流的特性。
实验结果表明，微弱电流的大小与电压成正比。
这一结论对于深入理解电流与电压之间的关系具有重要意义，并且有助于对微弱电流的测量和应用有更深入的了解。
实验注意事项：1. 实验过程中要注意安全，使用电源和实验仪器时要注意避免触电和短路等危险。
2. 测量电压和电流时要准确读数，避免误差的产生。
3. 实验结束后，要及时关闭电源并清理实验仪器，保持实验环境的整洁。
备注：本报告为微弱电流实验的基本模板，可根据实际实验内容进行修改和补充。
电流的应用：电路的分析与测量实验设计
03 电路的测量技术
电流表和电压表的工作原理
电流表：通过 测量电流的磁 效应来显示电
流大小
电压表：通过 测量电压的电 场效应来显示
电压大小
电流表和电压 表的结构：主 要由线圈、磁 铁、转轴和刻 度盘等部分组
成
电流表和电压 表的使用方法： 将电流表或电 压表串联或并 联在电路中， 根据指针的偏 转读取电流或
电压的大小
测量电路的连接方式
直接测量法：直接测量电路中的电流、电 压、电阻等参数
间接测量法：通过测量其他参数，如功率、 频率等，间接得到所需参数
比较测量法：将待测电路与已知参数电路 进行比较，得到所需参数
模拟测量法：通过模拟电路的行为，得到 所需参数
数字测量法：通过数字电路和算法，得到 所需参数
混合测量法：结合多种测量方法，得到所 需参数
实验前：了解实验目的、原 理和操作步骤
遇到问题：及时向老师或同 学求助，不要擅自处理
感谢您的观看
汇报人：XX
关闭电源：确保所有设备都已关闭，避免触电危险。 整理设备：将实验设备按照规定位置摆放整齐，方便下次使用。 清理现场：清理实验台和地面，保持实验室整洁。 记录数据：记录实验数据和结果，以便后续分析和总结。
实验安全意识的培养与提高
实验中：遵守实验规则，注 意安全防护措施
实验后：整理实验器材，保 持实验室整洁
实验步骤：连接电 路、调节参数、测 量数据、分析结果
设计实验步骤和操作流程
确定实验目的和需求
添加标题
准备实验器材和设备
添加标题
进行实验操作和数据采集
添加标题
撰写实验报告和总结添加标题Fra bibliotek添加标题
设计实验方案和电路图
微电流测量仪的设计与制作
微电流测量仪的设计与制作孟繁昌孔志勇*刘雨轩张秀新胡浩然(山东中医药大学智能与信息工程学院山东济南250000)摘要：为了实现对微电流的测量，该文设计了T型电阻反馈网络实现I-V转换电路，利用3个运算放大器组成的精密线性放大电路以及压控电压源二阶低通滤波电路，三部分为主要结构的测量电路。
同时，利用Multisim进行电路仿真、PCB板制作、表盘制作以及实物焊接等，完成实物制作。
采集实验数据，最后运用Matlab进行精密度分析，最终测试结果显示具有稳定性好、低漂移、制作价格低廉等优点。
关键词：微电流低漂移I-V转换滤波电路运算放大器中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1672-3791(2021)11(c)-0038-04 Design and Manufacture of Microcurrent Measuring CircuitMENG Fanchang KONG Zhiyong*LIU Yuxuan ZHANG Xiuxin HU Haoran(College of Intelligence and Information Engineering,Shandong University of Traditional Chinese Medicine,Jinan,Shandong Province,250000China)Abstract:In order to realize measurement of micro current,a T-type resistance feedback network is designed to realize the I-V conversion circuit.The precision linear amplifier circuit composed of three operational amplifiers and the second-order low-pass filter circuit of voltage controlled voltage source are used.The three parts are the main measurement circuit.At the same time,Multisim is used for circuit simulation,PCB board production,dial production and physical welding to complete the physical production.Collect the experimental data,and finally use Matlab for precision analysis.The final test results show that it has the advantages of good stability,low drift,and low production price.Key Words:Micro current;Low drift;I-V conversion circuit;Filter;Operational amplifier电流作为基本物理量之一，在科学研究及工程应用中有重要作用，电流的测量在基础研究和工程实际中必不可少，1μA级别以下的微弱电流在经典研究、材料测试、生物医学领域、电力系统等中有重要应用[1-2]，传统的测量仪器难以实现1μA以下的电流测量，为实现微安级别以下的电流测量，采用精密运算放大器电流反馈法，通过改进电流设计，经过电路设计、PCB板设计、实物制造，最终测得1μA以下的电流，经过测试，仪器具有良好的精确度，且相对其他设计具有简单易行、成本低、精度高的优势[3]。
电流检测电流设计
目录第1章设计目的 (1)第2章设计要求 (1)第3章硬件电路设计 (1)3.1STC89C52单片机介绍 (1)3.2ASC712型号电流传感器介绍 (3)3.3系统电路原理图 (4)第4章软件程序设计 (4)4.1keil uvision4编译环境 (4)4.2烧写程序软件 (5)4.3主程序设计 (5)4.4显示屏程序 (5)4.5A/D 转换程序 (6)4.6源程序 (7)第5章结论 (13)参考文献 (13)第1章设计目的本次课程设计我所做的项目是基于单片机的电流检测系统，主要用到A/D 转换和数码管显示。
近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门以及人们生活的各个方面。
各种类型的单片机也根据社会的需求而相继开发出来。
单片机是一个器件级的计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。
由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到所有的电子系统中。
熟悉单片机应用系统的开发与调试过程，为今后踏上工作岗位后做好铺垫。
第2章设计要求1.利用电流传感器检测小电流将输入的电流值通过差分放大器转化成为电压值以便使用，使用AD/DC模数转换模块把模拟量转换成数字量。
2.读入A/D转换数据，实时显示当前电流值第3章硬件电路设计3.1 STC89C52单片机介绍89C52共有四个八位的并行双向口，即有32根输入输出口线。
各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成。
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
干货｜6种常见电流检测电路设计方案
⼲货｜6种常见电流检测电路设计⽅案电流检测电路设计⽅案（⼀）低端检流电路的检流电阻串联到地（图1），⽽⾼端检流电路的检流电阻是串联到⾼电压端（图2）。
两种⽅法各有特点：低端检流⽅式在地线回路中增加了额外的线绕电阻，⾼端检流⽅式则要处理较⼤的共模信号。
图1 所⽰的低端检流运放以地电平作为参考电平，检流电阻接在正相端。
运放的输⼊信号中的共模信号范围为：（GNDRSENSE*ILOAD）。
尽管低端检流电路⽐较简单，但有⼏种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况，利⽤⾼端检流电路则可解决这些问题。
⾼端检流电路直接连到电源端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措施，特别适合于⾃动控制应⽤领域，因为在这些应⽤电路中通常采⽤机壳作为参考地。
电流检测电路设计⽅案（⼆）传统的⾼端/低端检流⽅式有多种实现⽅案，绝⼤多数基于分⽴或半分⽴元件电路。
⾼端检流电路通常需要⽤⼀个精密运放和⼀些精密电阻电容，最常⽤的⾼端检流电路采⽤差分运放做增益放⼤并将信号电平从⾼端移位到参考地（图3）：VO=IRS*RS;R1=R2=R3=R4该⽅案已⼴泛应⽤于实际系统中，但该电路存在三个主要缺点：1）输⼊电阻相对较低，等于R1;2）输⼊端的输⼊电阻⼀般有较⼤的误差值；3）要求电阻的匹配度要⾼，以保证可接受的CMRR.任何⼀个电阻产⽣1%变化就会使CMRR 降低到46dB;0.1%的变化使CMRR 达到66dB，0.01%的变化使CMRR 达到86dB.⾼端电流检测需要较⾼的测量技巧，这促进了⾼端检流集成电路的发展。
⽽低端电流检测技术似乎并没有相应的进展。
电流检测电路设计⽅案（三）采⽤集成差分运放实现⾼端电流检测采⽤差分运放进⾏⾼端电流检测的电路更便于使⽤，因为近期推出了许多种集成电路解决⽅案。
集成电路内部包括⼀个精密运放和匹配度很好的电阻，CMRR ⾼达105dB 左右。
MAX4198/99 就是这样的产品，它的CMRR 为110dB，增益误差优于0.01%，⽽且采⽤⼩体积的8 引脚mMAX 封装。
微小电流测量
测控电路设计专业：测控技术与仪器班级：07050342姓名：曹青学号：12微小电流测量仪器的设计本系统设计要求：设计一微小电流测量仪，可将较小电流以数字的方式直观、准确的显示出来。
被测信号是石英钟平均功耗电流，是一微小的不规则的电流。
测量范围：0 ~ 200μA。
1.设计分析：被测信号如图1所示。
石英电子钟的整机功耗包括两部分：一部分是石英钟集成电路的功耗；另一部分是步进电机的功耗。
石英钟集成电路包括：振荡器、分频器、窄脉冲形成器、驱动器等。
由驱动电路输出的脉冲信号，输入到步迸电机线圈绕组时，产生转位力矩，推动电机转子转动。
测量一个电路的电流，通常可以用直流或交流电流表直接测量。
但是对于测量石英钟脉动的电流，例如测量石英电子钟整机功耗这样的微安级电流，就不能简单地将电流表串入电路中去测量，而需要一套将被测信号转换成可以直接测量并用数字直观地显示出来的电路。
微小电流测量电路由数据采集转换电路、功能控制系统及显示电路三部分组成。
2.方案论证与设计：微小电流测量电路系统包括三个部分：（1）数据采集转换电路、（2）功能控制系统、（3）显示电路。
整个系统框图如图2。
图2整个系统框图第一部分是数据采集转换电路。
本部分包括的电路有取样电路、电子模拟开关、隔离电路、积分电路、A／D转换电路。
1、取样电路是将被测的电流信号转换成电压信号，并对微小信号进行放大。
该电路应有调零和调增益的功能，以取出的信号不失真为最好。
方案：采用采样保持器LF398AH。
2、电子模拟开关相当于一扇门。
开门时，数据通过；关门时，数据不能通过。
开、关门的控制信号由数据选择端控制。
开门电平为+12V，开门时间为2S，由取样控制电路提供开门时间，采用芯片CD4051BCM，其直流供电电压(VDD)−0.5伏直流电+ 18伏直流电，输入电压−(VIN),每升1级+ 0.5 VDD 0.5 VDC伏直流电。
3、隔离电路将前、后级的电路隔开，提高电路带负载能力，使后一级的输入信号不影响前一级的输出。
微电流检测
目录1、设计背景 (1)2、设计方案选择 (1)2.1典型的微电流测量方法 (1)2.1.1开关电容积分法[1] (1)2.1.2运算放大器法 (2)2.1.3场效应管+运算放大器法 (2)2.2总体设计方案 (3)3、具体设计方案及元器件的选择 (4)3.1稳流信号源问题 (4)3.2I/V转换及信号滤波放大 (5)3.2.1前级放大 (5)3.2.2滤波及后级放大电路 (6)3.2.3运算放大器的选取 (6)3.3量程自动转换 (6)3.4信号采集处理 (7)4、软件仿真结果 (8)5、参考资料 (9)微电流测试电路设计1、设计背景微电流是指其值小于-610A的电流,微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，是一门针对噪声的技术,它注重的是如何抑制噪声和提高信噪比。
该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等许多领域具有广泛的应用。
我们所研究的微电流检测主要针对电力系统中的绝缘材料，因为现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大，电力系统的规模、容量也在不断扩大。
而电气设备的绝缘材料往往是电力系统中的重要组成部分，绝缘材料的漏电流情况严重会造成电力系统的重大损失。
微电流检测是通过对泄漏电流的测量来评估绝缘材料状况的有效方法。
近年来,针对微弱电流的信噪改善比SNIR已能达到1了，目前国内做得比较好的单位是南京大学,其独家生产的ND-501型微弱信号检测实验综合装置己被国内至少76家高等院校使用。
但其产品价格昂贵,少则几千元,多则几万元，例如HB-831型pA级电流放大器、HB-834型四通道pA级电流放大器、HB-838型八通道pA级电流放大器的售价分别为4100元/台、13000元/台、22000元/台。
所以，研制高精度、寿命长、成本低、电路简单的微电流检测仪具有重要的现实意义及理论参考价值。
为了达成目标，我们需要重点考虑以下几个问题：10 A（本设计要求）的稳流信号源的实现（1）如何获得实验信号，即电流为12问题；（2）如何将微弱电流信号转换成易于操作的信号；（3）怎样将微弱信号提取放大；（4）如何实现量程的自动转换问题；（5）将实际中的模拟信号转换成数字信号；（6）实现对数字信号的处理和显示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微电流测量电路设计
一、 引言
在材料测试，静电研究等应用与研究中，常常需要测量一些uA 、nA 级的微弱电流（小于10-6A 电流的测量称为微电流的测量），对于微电流的测量一般有两种方法：取样电阻法和运算放大器电流反馈法。
取样电阻法的原理是在回路中接入取样电阻，根据欧姆定律，将电流测量直接转换成电压测量，但要求取样电阻的值很大，而通常要求测量电压的仪器输入电阻要比取样电阻大上1000倍以上，指针式电流表和静电计通常使用这种方法。
我们在实用电路中通常使用放大器电流反馈法，本文就介绍一种简单的I/V 转换电路，实现对微电流的测量。
二、 测量原理
最基本的电流电压转换电路如下图所示，假定运算放大器是理想的运放，利用“虚短虚断”的概念，可以得出：
O S f V I R =-
输出电压O V 与测量电流S I 成线性比例关系，比例系数为f R ，因此只要适当选择f R 就可得到所需的放大倍数。
但在实际应用中，完全理想的运算放大器是没有的，由于集成电路制造技术及工艺的影响，必然存在会产生诸如输入失调电压，偏置电流等，放大器的开环增益也不可能无穷大，故实际的输入输出关系为：
()O O S f OS B f V V I R V I R A
=-+-+ 其中OS B V I A 分别为运算放大器的失调电压、输入偏置电流和开环增益。
实际放大器的误差为
O O OS B V V V I R A
∆=-+
因此，只有满足被测电流远远大于运算放大器的偏置电流；被测电流所转换成德电压远远大于运放的失调电压；所选的运算放大器有足够大的开环增益,这也正是电流电压转换电路实现微电流的测量所要关注的。
三、电路分析
根据测量电路原理分析可知，对微电流的测量既要选择合适参数的运算放大器，又要设计好电路的结构等。
1、元件选择
运算放大器应该近似为理想的运算放大器，才能满足测量要求，这就要求其开环放大倍数和输入电阻为无穷大，才能保证输入端工作电流为零，也要求输出电阻为无穷小，保证输出电压不随下级负载而变，同时还要选择零点偏移小、温度漂移小、噪声电压小的运算放大器。
通过对各个参数的综合比较，我们选择超低输入偏置电流运算放大器AD549K AD549K是一款单芯片静电计运算放大器，具有极低的输入偏置电流。
输入失调电压和输入失调电压漂移经过激光校准，精度极高。
这种极低输入电流性能采用topgte工艺完成，输入级具有1015欧的共模阻抗，差模阻抗为1013欧，其输入电流与共模电压无关。
引脚图如下所示：
图1、AD549引脚图
AD549K的最大输入偏执电流为30fA，最大失调电压为0.25mV，失调漂移为5uV/℃，最大输入电压噪声峰峰值为4uV在0.1赫兹到10赫兹，最大开环增益可达1000V/mV。
取样电阻要求阻值高，固有干扰小，分布电容小，时间稳定性好，且对温度湿度以及加在它上面的电压不敏感。
2、电路设计
具体设计电路如图三所示。
该电路中运用两级运放，因为待测电流信号为nA级，所需放大倍数较高，若采用一级放大，则需要R2约为1010欧，当R2过大时，会产生较大的电阻热噪声电流，增大了分布电容，影响测量的精度和稳定性，而且R2过大，同时要求运算放大器的输入电阻更大以减小分流。
采用两级放大可以通过调整每一级放大倍数，来选择适当的R2，有效减小R2引起的误差，并且第一级放大输出电压为反相，采用两级放大进行两次反相，，可使最终输出电压与输入信号同相。
在信号输入端，R1、C1、D1、D2共同组成了输入信号限幅电路，加强输入端的保护。
加入R3、R4也是为了减小R2的阻值，此时一级运算放大器输出电压为
34123
+O S R R V I R R =- 从上式可以看出，R2的值不必取得很大，只要通过调整R4与R3的比值，一样可以达到与高阻值R2相同效果的放大倍数。
图2、微电流测量电路图
两级运算放大器在理想情况下的输出电压为：
34635+O S f
R R R V I R R R = 运算放大器所需的电源可由7815和7915组成。
运算放大器的每个电源端要接一个电容，减小干扰。
四、 电路仿真
仿真电路如图4所示。
在该电路中我们选择电流源输入5nA ，R2=500千欧，R3=R4=10千欧，R5=100欧，R6=50千欧，第一级运算放大器输出电压为-4.05mV ，如果在理想情况下计算可得3412
3+O S R R V I R R =-=-5 mV ，误差约为1 mV 。
如果改变电阻R2，第一级运算放大器的输出电压与理想情况下的输出电压的差会有不同的改变。
经第二级运算放大器，最终输出电压为2.274V 。
图4、仿真电路
五、 改进措施
减小干扰对微弱电流的放大是很必要的，其干扰源来自多方面，有的来自器件本身，有的来自外部。
除了选择稳定性好、噪声小的器件外，在电路、安装技术和工艺上也要采取一定的措施。
电阻要选用高精度、低噪声的铂金电阻， 电容选用低噪声的钽电容，电路板须选用高
绝缘材料板如复合型覆铜箔板。
为了尽量减小干扰，输入信号最好要接屏蔽线。
要选用绝缘性能好的电路板，在PCB布线时，要注意在规划各种器件摆放时, 应根据保证PCB可靠性原则设定各个元件在电路板上的安装位置，每个芯片应就近配置去耦电容，功率大的器件要求靠近电源, 尽量减小走线长度。
在电源部分和放大器的输出部分大面积敷铜。
在进行电路板的走线时, 先走地线与电源线, 通道的走线要尽量短等。
参考文献
[1] 林伟, 付昌伟. nA级电流检测电路和抗干扰技术研究. 微纳电子技术2008,7
[2] 周红，夏勇，苏建坡，朱国逸. 电分析仪器中的微电流测量. 分析仪器2000,2
[3] 王国荣. 微弱电流的测量与I/F变换电路的设计. 核电子学与探测技术2005,25
[4] 周波, 苏弘. 弱电流测试仪的研制. 核电子学与探测技术2003, 23
[5]胡勇,朱震钧,史晓伦.一种用于生物传感器的微电流检测系统. 仪表技术与传感器
1997,6
[6] 于海洋,袁瑞铭,王长瑞,杜玉蕾. 微电流测量方法评述华北电力技术2006,11
[7] 管建明. 微弱电流信号的前置放大和分析. 电测与仪表1994,3
[8] 严成义. 测量系统的抗干扰技术, 仪表技术1996,6
[9] 童诗白．模拟电子技术基础第三版．北京：高等教育出版社，2001，5。