能處理寬電壓范圍的微微安培計(jì)電路
該電路包含強(qiáng)制電壓緩沖器/放大器、浮動(dòng)軌電源、IVC(電流至電壓轉(zhuǎn)換器)。向待測(cè)器件施加強(qiáng)制電壓會(huì)引發(fā)泄漏電流,電路把該泄漏電流轉(zhuǎn)換成與它成比例的輸出電壓。在常規(guī)IVC中,待測(cè)電流在分流電阻器兩端形成電壓。IVC使用一種反饋安培計(jì)拓?fù)?,其中的運(yùn)算放大器IC1是Analog Devices 公司的 AD795,它把未知電流從反饋電流中減去,并提供與未知電流成比例的輸出電壓(圖1)。
電路的交流阻抗平均值約為10 kΩ,即典型分流電阻IVC的輸入電阻(約為10MΩ)的千分之一。電路的 100MΩ反饋電阻器R1提供的電流至電壓轉(zhuǎn)換比率是分流轉(zhuǎn)換比率的10倍。該設(shè)計(jì)的穩(wěn)定速度比分流轉(zhuǎn)換器快得多,并且能在電源線路頻率下提供良好的干擾抑制。在測(cè)試運(yùn)算放大器的輸入電流時(shí),它還減弱了不需要的分壓效應(yīng)。
R1產(chǎn)生的電流至電壓轉(zhuǎn)換比率為 100mV/pA。放大器IC2是 AD795,提供大小為10的額外電壓增益,從而把比率提高到1mV/pA,并減小了差分放大器IC3的CMRR(共模抑制比)引入的誤差影響。差分放大器IC3是OP1177,把強(qiáng)制電壓從IVC的輸出電壓中減去,并提供接地參考輸出信號(hào)。
一對(duì)背對(duì)背的BAV199二極管D1A和D1B把高電流分流到強(qiáng)制電壓放大器 IC4及其保護(hù)性保險(xiǎn)絲F1,由此保護(hù)IC1不受電壓過(guò)載的損害。當(dāng)強(qiáng)制電壓迅速?gòu)囊粋€(gè)值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)值時(shí),這些二極管在高轉(zhuǎn)換率間隔期間提供高驅(qū)動(dòng)電流,由此極大改善 IVC 的穩(wěn)定時(shí)間。
一個(gè)得到輕微補(bǔ)償、增益為3的高壓OPA551放大器IC4依靠±30V電源工作,從普通的±7V ATE(自動(dòng)測(cè)試設(shè)備)電壓獲得高達(dá)±22V 的強(qiáng)制電壓(圖2)。如果待測(cè)器件發(fā)生災(zāi)難性的短路,則保險(xiǎn)絲F1會(huì)限制來(lái)自IC4(它可能帶來(lái)高達(dá)380mA的短路電流)的故障電流,由此防止進(jìn)一步的損害。
在工作時(shí),該電路在±4nA滿刻度輸入范圍內(nèi),在1GΩ有效跨阻時(shí),提供0.999V/nA輸出。電路的輸出偏移對(duì)應(yīng)于大約143fA。超出±22V的強(qiáng)制電壓范圍時(shí),浮動(dòng)電源線路電壓開(kāi)始飽和,IC3的輸入CMRR限制變得明顯,并且IVC的輸出電壓變?yōu)榉蔷€性。圖4表明:在±20V強(qiáng)制電壓范圍內(nèi),電路來(lái)自其無(wú)負(fù)載輸出端的電流測(cè)量誤差為-31 fA/V。由IC3、RN2和RN3組成的差分放大器實(shí)現(xiàn)了電路的大部分增益,并且IC1的低輸入偏置電流有助于實(shí)現(xiàn)很低的偏移誤差?!?0V強(qiáng)制電壓范圍內(nèi)的輸出線性的平均值為111 fA p-p。
評(píng)論