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直流微电流源

时间:2012-10-19  来源:38hot  作者:lymex

一、序
微电流源,顾名思义,就是产生微小电流的,一般是uA级、nA级、pA级,甚至到fA级。
用途,主要是校准各种静电仪、微电流表。另外,在直接需要小电流的场合,也可以用到。
微电流源,主要有电容式和狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台式两类,本文主要讨论后者。

二、原理
直流微电流源,可以分成无源型和有源型两种。
无源型,就是一个电压源,串联一个高阻而已:

这种方法,要求输出是短路型的(事实上大部分电流测试仪器都是的),这样,输出电流就是电压除以狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台。由于电压源可以做得很精确,那么电流源的好坏关键在于高阻的性能了。

一般电压选2V,那么狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台选100k、1M、10M、、、100G、1T,就可以覆盖2pA到20uA的电流范围。由于1T的狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台不宜取得,也可以用降低电压到200mV并用前一档狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台(100G)的方法取得。 但是,电压不能无限降低,因为负载会有一定的压降,连接环节也会有各种电压存在,因此电源电压太低后误差就大了。

有源型,多了一个放大器,优势是输出狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台高,在一定范围内,输出电流不依赖与输出电压,也就是可以在有输出电压下保持恒流,即不要求输出一定短路了,是真正的恒流源。但弱点,主要是引入了放大器的Ib误差,这在小电流的场合下就不能忽略了。

当然,有源型的如果运放的Vos控制得好,可以选取小的电源电压,这样就可以在不很高的高阻场合仍然取得小电流。例如若能把杂散电压控制在40uV,那么就可以用20mV的电压是仍然有0.2%的精度,但可以用10G狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台取得2pA量程,而不是用100G,更不用1T。

三、无源型例:Keithley 261

261是Keithley早年的微电流源,1966年就有手册了。中等电流下指标为0.5%,温度系数在较大电流下为100ppm/C,小电流下1000ppm/C。


从版面上看,下面有个档位开关,设置10-5到10-12计8档电流,上面三个具体调节旋钮,左下一个极性选择开关,右下角为输出。

其原理是:
电源(各档不同)---KVD分压---串联档狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台输出



E为(可调)电源,A为极性开关,B为KVD,C为各档微调校准狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,D为各档狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台。

KVD的第一级每个狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台是64欧,第二级是12.8欧,而第三级由于并联了一个32欧狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,因此也为12.8欧(12.8欧*10再并32欧即为12.8欧*2)。
KVD的输出直接串联可转换的档位狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,接输出。

至于调节部分C,只微调电压E的输出,这样对于不同的档位狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,由于阻值不同,就靠不同的电压来补偿了。

四、有源型例:Keithley 263





Keithley第一个版本的手册是1987年,因此算比较现代的表了,与K其它表的风格一致。
从电路图原理图上可以看出,这实际就是典型电路的一个具体化,Rrange用了好多狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台用继电器切换,多加了个R18=10M进行输入保护,最大狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台用了R30=100G,输入运放U13用了AD549L,Ib<60fA,Vos<0.5mV,<5uV/C,噪音4uVpp,这也许是当时最好的了。指标也算不错,中等电流下精度达到了0.025%,2nA档为0.065%,2pA档为0.425%。

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