把1NA~100UA的電流轉換成0.1HZ~10KHZ的電流-頻率轉換電路
電路的功能
I-F轉換器是輸入電流轉換成頻率,其工作原理與A-D轉換器類似。若在輸入端串聯(lián)電阻,把電流轉換成電壓之后,也可作為V-F轉換器使用,因而也可看作超寬帶VCO。本電路采用了FET輸入OP放大器,因此可以輸入1NA以上的電流,可用來測量微弱電流。
電路工作原理
OP放大器A1是積分電路,電流輸入,由積分電容向負方向積分。A2的輸出電壓被齊納二極管箝位,A2的輸出大約在-5.6V時反相,TT1導通后,積分電壓迅速輸出,直到+5.6V,使A2反相。A1輸出的上升時間取決于箝位電壓、電阻R4以及積分電容C1,要縮短上升時間,可降低輸入電流I1N和降低C1的時間常數(shù)。
振蕩頻率F0基本上由輸出電流和C1決定,積分輸出的斜率為IIN/C1(V/S),1UA電流為10的負6次方/800*10的負12次方=1.25*10的6次方V/S,穿越-5.6~+5.6V的時間林約是9MS,頻率為111HZ。實際上必須加上上升時間,所以振蕩頻率大約為100HZ。
因為C1的微調(diào)很困難,所以允許A2的正反饋略有變化,以此進行振蕩頻率的校驗。,但鋸齒波的振幅會稍有變化。
由于延長了積分電路的時間常數(shù),可以把微弱電流穩(wěn)定地轉換成頻率,這時頻率下降,測量時間加長。
照片A示出輸入端串接1M電阻,輸入+10.00V(IIN=10UA)電壓時的波形,上側為積分器A1輸出的波形,上升邊因被E4(5.1K)積分,時間約為6US,波形的下降邊線性很好,這是使用了積分器的結果。下側是電路輸出端的波形,幅度為+5.6V。
元件的選擇
OP放大器A1的輸入偏流1E、失調(diào)電壓及漂移越小,可轉換的電流也越小,所以電路選用了FET輸入OP放大器測試辦法:讓輸入端開路一段時間,以這時的電壓為基準電壓,測量在規(guī)定時間內(nèi)電壓的變化量,求出IB或漏電電流,假如在60秒鐘內(nèi)有1V變化,根據(jù)I=C1*(△EO/△L)公式,可以求出電流I=800*10的負12次方(1/60)≈13PA。
被逆偏置的漏電流如不比輸入電流小得多就會產(chǎn)生誤差,所以TT1不能用普通硅二極管??捎玫吐┒O管或象本電路所用J-FET。
調(diào)整
沒有電流源時,可在輸入端串聯(lián)大電阻,把電壓轉換成電流(IIM=F-IN/R)輸入,用VR1調(diào)節(jié)全量程頻率,如果振蕩頻率大于1KHZ/FS,線性就會變壞。再讓輸入開路,檢查A1輸出的積分值是否改變。
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