[0031 ]本发明提出了一种微弱电流检测电路及方法，与现有技术相比，一种微弱电流检 测电路及方法，采用由结型场效应管对管组成差分放大器作为输入级，提高了输入阻抗，获 得较高的共模抑制比；采取对称同相输入形式的精密比例运算电路结构，电路输入阻抗进 一步提高，且使得漂移、噪声、失调电压及失调电流等互相抵消，提高了电路的测量精度;采 取多运放差分放大检测技术，有效解决了有用信号微弱而共模干扰相对较高的矛盾，实现 了检测电路的高增益、高输入电阻和高共模抑制比;采用增益控制反馈电路，不仅扩展了电 流测量范围，进一步提高了测量精度。
【附图说明】
[0032]图1为本发明一种微弱电流检测电路的电路结构框图。
[0033]图2为本发明一种微弱电流检测电路的电路图。
[0034]图3为本发明一种微弱电流检测方法的流程框图。
[0035]其中，1-输入级放大电路；101-漏极电流调整电路；102-对管差分放大电路；103-工作点设置电路;2-中级放大电路;3-输出级放大电路;4-增益控制反馈电路。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明：
[0037] 实施例1:
[0038]如图1所示，包括输入级放大电路1、中级放大电路2、输出级放大电路3,所述输入 级放大电路1包括由结型场效应管对管组成的对管差分放大电路102;所述中级放大电路2 采用两组具有同相输入形式的比例运算放大电路;所述输出级放大电路3采用差分运算放 大电路。
[0039] 微弱电流输入到对管差分放大电路102的输入端，进行前置差分放大，增大了输入 阻抗，同时将电流信号转变成电压信号，便于后端电路信号处理;对管差分放大电路102的 输出端输出的差分电压信号分别输入到两个比例运算放大电路组成的中级放大电路2,进 行二次比例运算放大，并进一步增大了输入阻抗；中级放大电路2输出信号到输出级放大电 路3,进行差分运算放大输出，并再次增大了输入阻抗，同时进行输入-输出阻抗变换，降低 输出阻抗，避免后端电路对本发明检测电路的影响;漏极电流调整电路101用于调整对管差 分放大电路102的漏极电流，工作点设置电路103用于确定对管差分放大电路102中的工作 点，增益控制反馈电路4用于控制微弱电流检测电路的反馈系数及相位补偿。
[0040] 如图2所示，在测量微弱电流时，在放大器的输入端采用由结型场效应管对管组成 对管差分放大电路102作为输入级，提高了输入电阻，结型场效应管具有很高的直流输入电 阻Rcs，所以整个电路的开环差模输入电阻高达10 11~1〇14Ω ;同时，采用对管还可获得较高 的共模抑制比；结型场效应管工作时，它的ΡΝ结上加的是反相电压，栅极电流基本上为零， 所以电路的输入偏置电流可小到1〇_ η~1〇_12Α;高输入阻抗使被测微弱电流几乎完全通过 反馈电阻，而通过放大器内阻的电流几乎为零，使得测量更准确。
[0041] 所述漏极电流调整电路101包括第一可调电阻R9和漏极电阻R1，漏极电阻R1采用 高精度配对电阻，便于调整对管差分放大电路102的漏极电流的一致性;第一可调电阻R9的 其中一个引出端与VCC的电源电压相连，第一可调电阻R9相对的两引出端分别连接至漏极 电阻R1中配对电阻的一端。
[0042] 所述工作点设置电路103包括第三结型场效应管V3、第四电阻R4、第五电阻R5和第 六电阻R6;第四电阻R4的一端接地，第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端组成公共端 连接至第三结型场效应管V3的栅极，第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的一端组成公共端 连接至Vee的电源电压，第六电阻R6的另一端连接至第三结型场效应管V3的源极。
[0043]所述对管差分放大电路102包括第一结型场效应管VI、第二结型场效应管V2、第二 电阻R2、第三电阻R3和第二可调电阻R10;第二电阻R2的一端连接至第一结型场效应管VI的 栅极，第三电阻R3的一端连接至第二结型场效应管V2的栅极，第三电阻R3的另一端接地，第 二可调电阻R10相对的两引出端跨接至第一结型场效应管VI的源极和第二结型场效应管V2 的源极之间，第一结型场效应管VI的漏极和第二结型场效应管V2的漏极分别连接至漏极电 阻中配对电阻的另一端，第二可调电阻R10的另一引出端连接至第三结型场效应管V3的漏 极。
[0044] 所述中级放大电路包括第一运算放大器N1、第二运算放大器N2、第十二电阻R12、 第十三电阻R13和第三可调电阻R11;第一运算放大器N1的同相输入端和第二运算放大器N2 的同相输入端分别连接至第一结型场效应管VI的漏极和第二结型场效应管V2的漏极，第十 二电阻R12跨接至第一运算放大器N1的反相输入端和其输出端之间，第十三电阻R13跨接至 第二运算放大器N2的反相输入端和其输出端之间，第三可调电阻R11相对的两引出端跨接 至第一运算放大器N1的反相输入端和第二运算放大器N2的反相输入端之间，第三可调电阻 R11的另一引出端连接至第二运算放大器N2的反相输入端。
[0045]差分运算放大电路包括第三运算放大器N3、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十 六电阻R16和第十七电阻R17;第十四电阻R14的一端连接至第一运算放大器N1的输出端，第 十四电阻R14的另一端和第十六电阻R16的一端组成公共端连接至第三运算放大器N3的反 相输入端，第十六电阻R16的另一端连接至第三运算放大器N3的输出端，第十五电阻R15的 一端连接至第二运算放大器N2的输出端，第十五电阻R15的另一端和第十七电阻R17的一端 组成公共端连接至第三运算放大器N3的同相输入端，第十七电阻R17的另一端接地。
[0046] 所述增益控制反馈电路4包括第七电阻R7、第八电阻R8和继电器K1，第七电阻R7的 一端和第二电阻R2的另一端连接至Is的电流源的一端，Is的电流源的另一端接地，第七电阻 R7的另一端和第八电阻R8连接至继电器K1的一端，第八电阻R8的另一端和继电器K1的另一 端组成公共端连接至第三运算放大器N3的输出端。
[0047]图2中的VI、V2采用结型场效应管对管，以提高对管差分放大电路102的共模抑制 比;R1是漏极电阻，采用高精度配对电阻，便于调整差分对管漏极电流的一致性;R2、R3构成 对称阻尼限流电阻，用于保护结型场效应对管V1、V2,并用于消除栅极震荡信号；由R4、R5确 定V3的工作点，保证其工作在电路所需要的静态工作状态;R9、R10采用精密多圈电位器，用 于调整结型场效应对管V1、V2的漏极电流，从而减小电路的失调电压及失调电流。R9采用低 噪声精密电位器，可调节中级放大电路2的的增益。结型场效应对管V1、V2的选用，应根据栅 极电阻Res与栅极电流Ics的大小关系进行相应选型，通过在放大器的输入端串接场效应管 对管VI、V2，提高放大器的输入阻抗。
[0048]图2中的N1、N2采用双路低输入电流高精密运放AD706,输入电流在50pA以内；N3采 用超低噪声高精密运放0PA27;两者都接成比例运算电路形式，且均采用同相输入方式，使 得电路输入阻抗高。三级放大电路可保证电路具有良好的放大能力，电路等效增益为l〇〇dB 以上。电路结构采用对称形式，外围电阻采用高精密电阻，使得漂移、噪声、失调电压及失调 电流等互相抵消，以提高电路的测量精度，否则电路的放大倍数、共模抑制比和精度等将明 显降低。根据集成运放的虚断和虚短原理，可得输出和输入关系为:Vo = -IsXR，式中R为R7 和R8的串联等效电阻值。
[0049]图2中的R7、R8采用ACC公司的超高精密电阻器，具有高精度、高稳定性。K1采用3U 公司的高绝缘电阻型继电器，具有较好的电磁屏蔽特性，用于被测电流的换档增益控制。当 被测电流在10pA~ΙΟΟρΑ范围时，控制信号控制K1断开，R等于R7和R8串联阻值；当被测电流 在100pA~Ι