微電流放大器的分析

　　顧名思義，就是微小電流的放大器。就是pA級電流、nA級電流或者uA級電流的放大器。放大器的輸入阻抗需要相當(dāng)高。

　　微電流放大器由前置級、放大級、+15V和250v三個穩(wěn)壓電源和衰減器所構(gòu)成。它與主機(jī)配套，用來測量離子化檢視器的微弱電流。

　　隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防技術(shù)的日益發(fā)展，微電流測量顯得十分重要。微電流放大器就是可以將極為微弱的電流經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換成表頭讀數(shù)指示或其他方式指示出來。微電流放大器是十分有用的，加上一定輔助裝置，可以派生出許多儀器，如高電阻測量儀、高輸入阻抗電壓表、等等;采用其結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)，又可以方便地制造各種儀器，如：pH計(jì)、質(zhì)譜儀、高真空度測量儀和光譜、極譜分析儀等。

　　微電流放大器的形式有多種多樣，有采用靜電計(jì)管的，有采用特種雙極型晶體管的，有采用結(jié)型場效應(yīng)管或絕緣柵場效應(yīng)管的，還有動電容式的微電流放大器。本機(jī)采用絕緣柵MOS場效應(yīng)管，較靜電計(jì)管具有漂移小、壽命長、體積小、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，較動電容式微電流放大器具有響應(yīng)時(shí)間快、價(jià)廉、結(jié)構(gòu)簡單、容易制造等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著一些缺點(diǎn)，如靈敏度在普通條件下不能提得很高，另外MOSFET較易損壞，當(dāng)然可以采用一些辦法避免。

　　本機(jī)的最大特點(diǎn)是所有零部件都用通用零部件而達(dá)到了高性能，較之于某些儀器具有漂移小、靈敏度高、不需預(yù)熱、能夠快速測量等優(yōu)點(diǎn)。

　　基本原理

　　從離子化檢測器來的信號，阻抗很高且很微弱，必須經(jīng)過阻抗轉(zhuǎn)換和放大后，才能用記錄儀、積分僅或微處理機(jī)進(jìn)行測量。微電流放大器就是實(shí)現(xiàn)這一過程的裝置。其中的前冒級是完成信號阻抗轉(zhuǎn)換的裝置，放大級（即放大器）用來進(jìn)行放大，以獲得足夠的功率夫推動記錄儀，而衰減器則是為了適應(yīng)記錄僅記錄時(shí)的不同量程而設(shè)置的

　　微電流放大器為電子管多級深度負(fù)反饋式放大器，由前置（放大）、宜流放大（包括直流電源）兩大部分組成。

　　在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，許多實(shí)驗(yàn)都要涉及到微電流的放大，如電磁感應(yīng)、光電效應(yīng)、溫差電動勢等實(shí)驗(yàn)。微電流放大器正是解決以上問題的教學(xué)儀器，它可以把微小電流放大到足以可用的教學(xué)電表演示，從而增加演示的效果。提高教學(xué)質(zhì)量。下面就該儀器的工作原理和故障維修作一介紹。

　　工作原理剖析

　　微電流放大器的電原理圖見圖l所示。用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的兩級直流電流放大器，運(yùn)算敬大器Al和A2是集成電路LM324。LM324是一種通用的心運(yùn)城集成電路，一塊集成電路內(nèi)集成四只運(yùn)算放大器。LM324的管腳排列如圖2所示。

　　圖l中的第一級A1構(gòu)成反相電壓放大器。輸入信號通過電阻加在Al的兩個輸入端第②、③腳之間，形成差模輸入電壓Vi。經(jīng)放大后，從Al的輸出端第①腳輸出。設(shè)輸出電壓為Vo。

　　若近似地認(rèn)為A1不需汲取輸入電流，則可看作輸入電阻R1與眨饋電阻Rf中的電淹是相等的。因此，往Al的輸出端與輸入端之間連接負(fù)反饋電阻Rf之后，A1的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為Av1=Vo/Vi=Rf/R1。

　　因此，微電流放大器的第一級A1可將輸入信號的電壓放大。調(diào)節(jié)Rf可改變放大倍數(shù)。

　　第二級A2構(gòu)成電壓跟隨器。電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)約為1，輸出電壓與輸入電壓的相位相同，由于它的輸入電阻很犬，輸出電阻很小，因而有較大的電流帶載能力，以便提供較大的電流輸出，驅(qū)動電流表工作。

　　A2的輸出端第⑦腳與反相輸入端第⑥腳之間連接的是短路導(dǎo)線，可以認(rèn)為A2閉環(huán)之后的輸出電壓與輸入電壓是相同的，故電壓放大倍數(shù)為l。

　　LM324是單電源集成運(yùn)算放大器，其電源端第④、（11）腳之間可使用單電源供電，無需對稱的正、負(fù)雙電源。

　　電原理（圖1）中的同相輸人端第③腳或⑤腳所加的偏置電阻R3、R4或R2、R5，是為了使無信號時(shí)，電流表的指針指中間位置。

　　電位器R9用于調(diào)零，補(bǔ)償輸入失調(diào)電壓，使輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也為零。

　　如何使用微電流放大器

　　1 保持使用環(huán)境干燥，盡量降低濕度。

　　2 微電流放大器的輸入插頭、插座和電纜的絕緣介質(zhì)必須使用聚四氟乙烯材質(zhì)的高絕緣度型號。

　　3 使用屏蔽電纜，必要時(shí)將待測的微電流發(fā)生裝置一同使用屏蔽盒屏蔽，以避免外界靜電場對測量的影響。