小电流放大器 微电流放大器 弱电流放大器 芯片造型

微弱电流放大的基本电路

在一些特殊的场合，需要对小信号进行测量、采集，经常电压满足，电流不满足，信号 太弱，这时候我们需要放大小信号的电流，单片机终结 专业开发电路设计，十多年。现在我们对电流放大器常用的芯片给大家 做一下介绍。

首先看ICH8500官方给的结构框图，微弱电流放大用的基本电路：

放大器接成典型的反向放大器，但没有输入电阻，其实是一个电流-电压变换器，并有几点不同：
a、有保护（Guard，作用见下）
b、反馈电阻Rfb非常大，为10的12次方欧姆，即1T
c、有个反馈电容Cfb，用来与输入等效电容分压，提高响应时间。

电流合成点，就是一个虚地。只要运放在工作状态，这个地方就能保持地电位。当有输入电流的时候，这个电流不会流入运放的负端（因为Ib非常小而且基本不变），所以全部的电流都流进Rfb里了，造成输出端下降，下降的电压就是输入电流与该电阻的乘积。所以这一点也就是电流合成点，多个电流可以在这点相加的，但这一点的电压不随输入电流而变，总是保持在地点位，因此才称为虚地。

由于Rfb非常大达到1T，因此1pA的输入电流就会引起1V的输出，这样，用2V的电压表，就可以实现满度2pA的微电流计。
同时，为了能使用大的Rfb，就必须对运放的偏置电流Ib要求非常小，要远小于满度的2pA才行。否则，我们看负载开路时，Ib就要全部流过Rfb，1pA就产生了1V的假输出，这是不允许的。
实际上。Ib总是存在的，需要有补偿和调零电路。即便这样，指标也很难做好，因为Ib的变动是很无常的，尤其是其温度系数很大，会在很大程度上干扰测试结果。
所以，要想做微电流测试，Ib是最重要的参数，必须选择小的。

另一方面，运放的正负输入之间的失调电压Vos，多少也会影响准确测试。
Vos，是直接叠加到输出信号上去的。假设Vos=10mV，那么本来是1V输出，叠加后就有1.01V了，形成1%的误差。假设输入电流小，为0.1pA，那么计算输出只有0.1V，实际输出0.11V，影响就更大了，达到10%。所以，Vos还是小了好。后面将会看到，由于在产生微小电流的时候，需要小的电压，Vos所占的比例就更突出了，这样也要求运放的Vos小。
Vos如果不够小，可以通过补偿电路来大部分抵消。但是，Vos是有温度系数的，温度一变最后的输出也跟找变了，这也使得Vos的温度系数成文重要指标之一。

测试微电流的其它方法

测试微电流，还可以用其它很多方法，比如：
电流-频率变换法。由于常见的频率范围特别宽，也容易产生，因此这种方法动态范围很大，并且可以远距离传输而无走样。这种方法做好了精度也非常高。有一款光探测IC TSL230，就可以直接把光电流转换成频率，在一个不换档的量程里轻易取得6个数量级的动态范围，我实际测试达到7个数量级，最小可以响应0.1pA的电流。

静电累计法，或者叫电容充电法。选用漏电超低、介质特性良好的电容，让被测试电流先充电，达到某个条件后，再让这电容放电，由此根据Q=I*T=C*V来得到被测试电流。由于有累积作用，因此可以测试的下限非常低，精度也很高。这种电路的弱点是复杂些，测试时间较长，需要特殊电容。

常见的静电放大器

Ib最小的，当属Intersil早年的ICH8500A，指标Ib不大于10fA！

但是，这个运放比较粗糙，Vos达到50mV，其温度系数大约1mV/C也很大，因此谈不上精密，这样对输入要求就比较高，最好是恒流的或电压较高的。也就是说，这款IC放大弱电流非常有效，但放大微电压不行，要求被放大对象有很高的内阻。

其次是LMC6001A，这是一款近期的产品。指标Ib不大于25fA，也是相当不错的，尤其是Vos<0.35mV，比较小了，可以算成精密运放了，其温度系数2.5uV/C也并不很大，尤其是其电压噪音和电流噪音都非常小，这样就能测试更小的微弱信号，并有较好的重复。

AD549L，Ib <60fA，稍有偏大，但Vos<0.5mV也算不错，其温度系数5uV/C，中等。这款常被用来做简单的静电计或相关应用。ADI公司还有其它几款类似的，例如AD515AL，Ib <75fA。

OPA128L，Ib <75pA，也稍偏大了，其它特性与AD549L很类似（尽管BB自吹比AD549L强）。另外，BB的东西还有个弱点，就是贵一些。

LMC6042A，尽管Ib保证最小值不算小（4pA），但典型值超低，达到惊人的2fA。另外，其温度系数1.3uV/C并不大。这个IC价格低、耗电少，很适合做成电池供电的静电计。通过挑选，可以找到性能不错的。

另外，国半还有几款典型Ib为2fA的运放，比如LMC6041/4、LPC661/2、LMC660/1/2。另外，还有几款典型Ib为10fA的，例如LMC6061/2/4、LMC6081/2/4，都可以用作相同目的。

最后，曾经看到有一文献，介绍两款Ib不超过0.01pA的运放，一个是3430K，另一个是4M-7592，但根本找不到资料，也没见过实物，因此就排除在外。怀疑3430K的前缀是CA，也怀疑4M是LM的笔误，但都无结果。

最后再说说弱电流是怎么产生的：

电压+电阻法
这是一种最简单的弱电流产生办法，电压一般可以做的比较精确，因此关键在于高阻的准确和稳定。
例如要产生1pA的电流，可以用如下电压-电阻组合：
1V、1T
0.1V、100G
10mV、10G
这样的方法并非恒流，只适合负载是接近与0的场合。电压越高的，对负载的零偏就越不敏感。
例如1V+1T，目标负载上如果有10mV，那总电压就是1V-10mV=0.99V了，因此存在1%的误差。类似，此时若用0.1V+100G，误差就增大到10%。如果用10mV+10G的方法，误差就达到100%了！
当然，如果一味追求近恒流特性，要求电压和电阻都比较高，而高阻是难于得到的。