pA级电流采集电路中的问题

01问题提出

卓老师，您好，想请教您一个问题，我正在diy一个pA数据采集器，使用的是ADA4530，想要测量50pA~100pA左右的电流，宽想在10KHz，测试过程中发现一个现象无法理解。

▲图1.1放大电路板的正面照片

▲图1.2放大电路LTspice仿真电路图

▲图1.3电路的幅频响应曲线

▲图1.4电路的供电电源部分

使用不同频率正弦信号，输出有一段被放大太多，然后再衰减，这个4KHz到14KHz的输出幅值，我不知道什么原因导致，想请教您帮我指点一下方向。

02问题分析一、提问分析与假设

该电路所获得的数据都是由LTspice仿真软件测量得到的；

测量信号是由电路中Vin1输入，测量结果是由Out4获得；

二、电路分析1、信号输入转换电路

▲图2.2.1输入信号转换部分

该电路前向放大部分是一个低通，反向积分又使得电路直流增益为0，所以它本质上是一个带通电路。

前向放大部分是由U3,U1组成的一阶低通滤波同相放大器，它的截止频率是由R8,C1决定，根据参数，截止频率为

电压反向积分电路使得上述电路直流增益为0，对于交流放大的起始频率是由R5,C6,C5,R7决定。粗略由R5，C6可是计算出电路的起始频率

下面是在LTspice中搭建的仿真电路，并测量它的小信号的幅频特性。

▲图2.2.2LTspice仿真电路

仿真结果验证了上述电路是一个从0.007Hz到16Hz之间的带通放大电路。

▲图2.2.3LTspice仿真结果

2、电流电压转换电路

下面是原来电路信号放大部分，它主要有三级放大组成：

第一级是由高阻输入U2:ADA4530完成电流至电压的转换。这是一个最大增益为10倍的高通滤波器；

第二级是由U6:ADA4077组成的高通滤波器，最大增益为3；转换频率由R11，R12,C4决定，大约为1.2kHz；

第三部分是由U5:ADA4077组成的100倍的反向放大电路。

▲图2.2.4电路的放大部分

下面是在LTspice中搭建的仿真电路。

▲图2.2.5LTspice电路仿真

下面是电路的幅频特性。可以看到在1.2kHz之前电路放大倍数每倍频6dB上升，超过1.2kHz之后电路放大倍数以大约12dB每倍频上升，在18kHz左右增益达到最大。

超过18kHz电路增益下降的原因主要有以下两部分组成：

由R3,C3确定了U2对应的高通转折频率，大约为15.9kHz；

运放ADA4540,ADA4077等带宽限制了高频的增益；

▲图2.2.6电路的幅频特性

3、全电路幅频特性

将上面两个电路串联在一起，在LTspice进行仿真。

▲图2.2.7全电路仿真

可以看到电路在超过1kHz之后，增益上升，这是由前面第二部分电路在高频增益提升是12dB每倍频速度所导致。尽管前级信号放大在高频是衰减的，但整体幅频特性是上升的。

▲图2.2.8电路的频率特性

※总结※

本文对公众号后台一款DIY皮安电流放大电路进行了分析。这个问题原本是同学提出的，但他所提供的信息有限，所以只能就电路原理本身以及仿真结果进行讨论。从分析中来看：

电路的前一半似乎作为恒流源存在着原理上的问题，这个电路是一个电压并联带通放大电路。无法产生给定恒流测试信号；

后级电流转换电路则是一个高通电路，原则上应该设计RC对应的频率来补偿电路运放的高频特性不足。但仿真结果无法给出实际器件的放大特性。

如果大家对此有什么异议欢迎留言讨论。

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