电子论文-用于功能陶瓷I—V特性测试的放大电路

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２０年０８

６月

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岩

学

院

学

报

Ｊｎｕｅ

２００８

第２卷第３６期

Ｊ０ＵＲＮ０ＮＧＡＬＯＦＬＹＡＮＵＮＩＥＲＳＴＶＩＹ

Ｖｏ１Ｎｏ３．２６．

用于功能陶瓷ＩＶ特性测试的放大电路—

吴树荣陈环王颖，刚，，傅

（．１广州大学物理与电子工程学院广东广州５００；１０６２龙岩学院物理与机电工程学院．福建龙岩３４０）６００

摘要：用由Ａ采Ｄ公司生产的Ａ６０和Ａ７】设计了微弱电流信号放大电路．Ｄ２Ｄ１并进行ＮＯ气ｉ

敏元件的ＩＶ特性测量。测量结果与Ｈ４４Ｂ皮安计的测量结果基本吻合．明该微弱信号检测—Ｐ１０说

电路结构简单，定性好，确度高。用于高电阻率功能陶瓷材料的电性能的测量，稳精可并且具有通

过调整编程电阻很方便地改变测量量程的优点

关键词：Ｄ２；Ｄ１；弱信号；—Ａ６０Ａ７１微ＩＶ曲线：气敏元件

中图分类号：Ｎ２Ｔ７２

文献标识码：Ａ

文章编号：６３４２（０８０—０７０１７—６９２０）３０４—４

微弱信号检测技术是一门新兴的技术学科。是利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原理和规律，研究被测信号的特点与相关性，

检测被噪声背景淹没的微弱信号。现代科学技术为和工农业生产提供了强有力的测试手段。微弱信号检测仪器应用范围几乎遍及所有的科学领域．已成

增益。较快的转换速率．良的频率特性和建立时优

间，各类放大器、冲器、波器中得到广泛运在缓滤用。其输入失调电压为０１０３Ｖ、．～．ｍ失调电压温度漂移为２７Ｖ、输入噪声电压在０１１Ｈ～ｍ．～０ｚ时为２Ｖ、在１Ｈ１ｘＫＺ时为１ｎ

／／，入噪声电流为８Ｖ、酉输００ｐ／／￣、入偏置电流为１～０Ａ动态响应．１ａｘ－输Ｈ５４Ｐ，

为现代科技必备的常用仪器。电子元器件材料性能的评价。方法之一是测量器件的ＩＶ曲线。例如在气敏元件性能的研制中。—为了评估材料的特性。判断材料是否为欧姆接触等，常测量器件的ＩＶ曲线，通—分析材料内部发生

的物理过程。ＮＯ气敏元件是一种Ｐ型功能陶瓷元ｉ

时间为１，ｓ最小转换速率为１Ｖ【６／ｓ］Ｉ。因此。电路设计中采用Ａ７１为放大电路Ｄ１作

的第一级。主要功能是将传感器输出的微弱电流信

号转换成电压信号。作为电流电压转换器的典型其电路设计如图１所示。图２为Ａ７１的８脚双列Ｄ１直插式封装及其引脚功能。

件，即在待测气体中。电阻值随气体浓度增大而增

大，室温下未掺杂的ＮＯ元件的电阻可以达到几在ｉ十甚至上百兆欧，电流在１－＿０ｇ的数量级。—０１１－ｏＡＩＶ曲线的测量通常使用如Ｈ４４Ｂ皮安计等仪器。Ｐ１０

但这些仪器价格较昂贵，普通实验室难以配备。本文设计一款采用ＡＤ公司生产的Ａ６０和Ａ７１Ｄ２Ｄ１

的微弱信号放大电路．用于测量ＮＯ气敏元件的ｉＩＶ曲线，—并将结果与Ｈ４４Ｂ的测量结果相比较。Ｐ１０

１电路设计

１１电流电压转换电路．１２放大电路．

图１ＡＤ７１的典型运用电路１

ＡＤ公司生产的Ａ７Ｄ１１是目前最优秀的通用

电路的后级放大采用低价格、低功耗、精密高

型运算放大器之一。该器件具有较小的失调和噪

声、功耗和温漂。较高的输入阻抗、模抑制和开环共

收稿日期：０７ｌ—０２０一２５

度的仪器仪表用放大器Ａ６０Ｄ２。由于其尺寸小、功

耗低，特别适合于便捷式电池供电的场合ｆ２】。

作者简介：吴树荣（９２１８一

）男，，福建漳州人，州大学在读硕士研究生，广主要研究方向：功能陶瓷与计算机辅助设计。

４７

Ｒ＝＝４７Ｏ。由吲定电阻Ｒ、可以调整Ｒ来Ｒ２．ＫＲ，ｇ

ＯＦＳＴＮＬＦＥＵＬ

ＮＣ

调整放大的增益值，其关系式如（）１所示，需要注意

的是避免每个放大器的饱和现象（大器最大输出放

ＩＶＲＩＧＮＥＴＮ

ＩＰＩＮＬＴ

ｖＩ

ＯＴＷｕＰ

ＯＦ盯ＮＬＦ５ＵＬ

ＮｅＨＥＨｏｅｖＣＩＰＴＮｕ

—

电压等于其工作电压￣Ｄ）ＶＣ。

Ｖ＝１２Ｒ）０（＋Ｒ／ｇＶＲ的选择可以由式（）ｇ２确定。Ｒ＝９４／－）ｇ４．（１ＫＧ（）２（）１

ｖｊ

其增益为：＝ｄ＿２／ｇＩ４．￣／ｇＩＧＶＶ＝ＲＲ＋＝９４）Ｒ＋，因此ｍＫ

图２Ａ７１８双列直插式封装及其引脚功能Ｄ１的脚

图３为Ａ６０的内部结构原理图。Ａ６０的Ｄ２Ｄ２

单片结构和激光晶体调整，允许电路元件紧密匹配

和跟踪，从而保证电路固有的高性能；同样Ａ６０Ｄ２

采用绝对值的校准，用户仅用一个电阻就能对增益

进行准确的设定。Ａ１Ａ和２为超结构，成差分接

下

双极性输入方式，电路具备了较高的输入阻抗和使高精密性能。输入三极管Ｑ和Ｑ１２提供了高精确

度单差分对双极输入，通过Ｑ一１Ｒ１Ａ一１和Ｑ一２２Ａ一ｐＥＲＦ

ＷＤＣ

Ｒ２回路的反馈电路使输人品体管Ｑ和Ｑ维持了１２

固定的集电极电流，从而改进了外部增益设置电

阻。Ａ１Ａ，３似运放结构，Ａ消除所有的共，２Ａ类由３

模信号，最大非线性失真为４ｐ最大失调电其０ｐｍ，

压为５１最大失调漂移为０６Ｖｑ。有低输入０Ｖ，ｘ．／具Ｃ

一｛。

·

偏置电流（最大值为１ｍＡ和低噪音，．）０同时Ａ６０Ｄ２的建立时间仅为１ｔ。在低频使用时，５ｓｘ其噪声水平仅为０２￣ｐ，入阻抗可达１Ｇ，．８Ｖｐ输０共模抑制比可达１０ｂ很符合测量微弱信号的要求【４ｄ，。

１３电路设计原理．

Ｖ

图５Ａ６０的典型运用电路Ｄ２

考虑到整个电路的失调电压和漂移与第一级放大电路有密切的关系，选择Ａ７１为电路的Ｄ１作

前置端，主要作用是将电流信号放大并转换成电压

信号。Ｄ２为电路的后置放大，Ａ６０作因其电路构建

简单，只需改变Ｒ的值即可调整放大增益，整个ｇ使电路在微电流测量中更加具有灵活性，从而提高了

系统的实用性。系统采用＿５电源供电，如图６＋Ｖ１。前置放大