可编程微电流放大电路设计论文

可编程微电流放大电路的设计

【摘要】为了使微电流测量时放大倍数可根据实际需要控制，介绍了一种基于可编程放大器lmp8100的微电流测量方法，它适用于变化范围较大的微电流测量。该放大器具有量程可调节、高分辨率、响应速度快和抗干扰稳定性好以及价格低廉等优点。

【关键词】微电流测量；量程可调节；lmp8100可编程放大器

0.引言

近年来，随着电子技术的飞速发展和研究的不断深入，人们认识自然的方向从宏观世界不断向微观世界延伸，人们对电流和电压精度的要求也不断提高。为了满足需要，微弱电流的高精度检测在不同的领域得到了非常广泛的应用和推广。微弱信号检测也随之不断发展成为一门学科，在生物医学工程、物理、化学、材料测试、天文、光电器件以及多种工程应用领域都有广泛的应用。

1.微电流信号的检测

微电流信号的测量通常包括五个步骤，将被测信号依次进行预滤波处理、一级放大、二级滤波、二级放大等操作，得到满意的信号，再进行测量等后续处理。

1.1预滤波处理

通常，人们所需要的有用信号是非常微弱的，几乎湮灭于强大的干扰噪声信号中，测量信号的困难来自于各种干扰。因此，要检测到该有用的信号，我们需要最大程度地抑制噪声信号。

预滤波处理的作用就是消除夹杂在模拟信号中的高频波成分来

提高测量微弱信号的精确程度。常见的滤波电路有π型rc滤波，倒l型rc滤波，π型lc滤波，倒l型lc滤波。

1.2微弱信号的放大

显然，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果。通常，我们处理微弱信号所采取的方法是先用运算放大器将其进行i-v转换，进行第一级放大，然后再进行第二级放大。

1.2.1一级放大

一级放大就是运算放大器将其进行i-v转换。由于在实际中，运算放大器并不理想，其输入阻抗并不是无穷大, 偏置电流ib也有分流作用。而被测量的对象是微弱电流信号, 在进行放大时易产生电压和电流失调、零点漂移等现象，从而影响测量精度。此时普通运算放大器已不能满足要求。

仪用放大器是一种经过优化处理、专门设计的精密差分放大器,它具有很多独特的优势——高共模抑制比、较小的线性误差、高输入阻抗、低噪声、低失调电压和低失调电压漂移，非常适合用于微电流信号的放大。因此，实验中，我们选择的运放是仪用放大器ina114。

1.2.2二级放大

二级放大采用lmp8100可编程放大器进行小电流放大。lmp8100可编程放大器是美国国家半导体最近推出的，它具备新增的数字式可编程能力，可实现四个可编程功能：

图1 lmp8100的简化原理图

（1）非反相-增益可在从增益1至16间逐级单位选择。

（2）内部频率补偿可以编程到四个数值中的其中一个。

（3）放大器的输入可以从输入信号脱离并连接到接地，失调电压可被量度。

（4）放大器可以编程到节电模式以将功耗尽量减少。

lmp8100可编程放大器可以通过在编程时设置g0、g1、g2、g3、pd的0、1值来控制开关s1至s16的闭合，得到需要的增益，一个lmp8100的增益可在0至16之间选择。

图2 两个lmp8100串联扩大增益范围

使用一个lmp8100可以将信号放大1至16倍，将两个lmp8100的增益串联在一起，那么可编程的增益范围就扩大到1至256。图2就是将两个lmp8100串联在一起的实现方法。因此，我们可以根据实际需要串联更多的lmp8100。

2.电路工艺

测量微弱电流，最重要的任务就是最大限度的抑制噪声，提高信号噪声比。因此，我们在实验中一定要努力做到以下几点：

2.1合适的原理设计

合适的原理、合适的元件值可以使电路效率大大提高，使噪声降到最低。

2.2根据电路对噪声的要求选用合适器件

尽量使所选择的器件工作在额定状态（如电压、电流、频率等最好在正常合适范围内），以利于减少噪声。

2.3对电路进行合理布局

微弱信号线应尽可能短并加屏蔽；低电平信号线应采用绞线或贴近地线放置；低电平电路和高电平电路避免使用公共的地线；接地线越短越好。

3.结束语

对微弱电流放大采取单片机控制的可编程机制，比常规小信号检测具有更多的优势和特点。使用lmp8100串联在一起的方法可以实现更大范围的增益，能满足不同的精度需求，非常实用。

【参考文献】

［１］曾庆勇.微弱信号检测.杭州:浙江大学出版社，1996,1～83.

［２］万福君.单片微机原理系统设计与应用.合肥:中国科学技术大学出版社,2001.

［３］蔡明生.电子设计[m].高教出版社,2004.

［４］赫建国,郑燕,薛延侠.单片机在电子电路设计中的应用[m].清华大学出版社,2006.