廣泛應用于傳感器的電流輸入型前置放大器電路及工作原理

電路的功能

本放大器又稱(chēng)電流-電壓轉換器，是OP放大器的有效應用實(shí)例，由于本電路反相輸入端是作為假設地而工作的，可以作為輸入電阻極低的電流測量，也可作為各種傳感器的前置放大器使用。在本電路輸出端增加一個(gè)模擬表頭，把輸入電流轉換成電壓。則可構成高靈敏度的電流計。

電路工作原理

電路去掉了反相輸入端的電阻，在反相放大中電路的工作就是由電路控制的，從信號源流入的電流IIN被送到OP放大器的輸出，即IIN=IF。但作為衰減因素要考慮OP放大器的輸入偏流IB。

電流-電壓轉換原理是，在OP放大器的輸出輸入端加入反饋電阻RF，就可以轉換成電壓EO（EO=IF*RF）。RF可由RF=EO/I1N的公式求出。假定輸出電壓1V，滿(mǎn)量程輸入電流IIN=1UA，則RF=1*10的6次方歐。

下面說(shuō)明一下與電路基本工作無(wú)關(guān)的元件。與OP放大器反相輸入端串聯(lián)的電阻R1是限流電阻，在輸入過(guò)載時(shí)，對OP放大器起到保護作用。選用一個(gè)大概的值即可。

二極管D1、D2的作用是對正反向電壓進(jìn)行箝位，以使輸入到OP放大器的差動(dòng)電壓不至過(guò)大。電路進(jìn)行正常的工作時(shí)，可認為它們是假想接地點(diǎn)虛地，不產(chǎn)生電壓。

反饋電容C1的作用是在轉換微弱電流時(shí)衰減其中的噪聲成分。但須注意頻率響應。零點(diǎn)頻率F0由F0=1/2XCF.RF（HZ）公式確定，在選用時(shí)要與所需的頻率相協(xié)調。用于直流時(shí)，可采用容量大的電容器獲得積分效果。

齊鈉二極器ZD1.2的作用是使OP放大器的電源電壓穩定到正負5V，減少功耗，抑制芯片內部的溫升，減少偏流IM的增量。如果用于普通電路電源電壓可為正負15V，這時(shí)應駢掉電路中的ZD1.2。

元件的選用

因為流入OP放大器輸入端的偏流會(huì )產(chǎn)生誤差，所以應使流為最大輸入電流的1/100~1/1000。如果輸入偏流I為100PA，那么10NA全量程轉換精度則為1%。

I隨周?chē)鷾囟榷?，用FET輸入型放大器時(shí)應予注意。如選用單極型，I小的LT1012，溫度特性則可得到大幅度的改善。

反饋電阻RF用RF=EO/IIN的公式求出。輸入電流IIN越小，電阻值越高，很難獲得性能良好的反饋電阻元件。一般小的產(chǎn)品，而且成本很高。所以當使用500K以上的反饋電阻時(shí)，事先要搞清溫度系數是多少。

組裝注意事項

對數+NA的微弱電流進(jìn)行轉換時(shí)，組裝則成為重點(diǎn)。一般采用護圈，當電源線(xiàn)與輸入線(xiàn)交叉時(shí)，如果絕緣電阻不是無(wú)限大，就會(huì )有電流流過(guò)，并且還會(huì )隨溫度而變，所以造成電路工作不穩定，輸入數百PA以下的電流時(shí)，使用聚四氟乙烯端子，懸空布線(xiàn)比采用護圈要好。

應用注意事項

本放大器作為硅光二極管用的前置放大器時(shí)，外來(lái)光或電源交流會(huì )使已轉換的電壓波形中混入噪聲。在輸出響應低或輸出電流平均值時(shí)，CF（100PF）則應選用較大的值。

輸入微弱電流時(shí)，除應注意組裝外，還應采用把電路全部放入金屬盒內的方法在輸入端開(kāi)路時(shí)不能進(jìn)行失調調整。這是因為OP放大器在輸出器工作時(shí)，即使旋轉VR1，電阻值也基本不變。如果讓輸入短路，或以RF的1/100左右的電阻端接，則可準確地消除失調。