ZHCAEP6 November   2024 OPA928

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
  5. 2微小电流测量的架构
    1. 2.1 库仑计
    2. 2.2 使用库仑计确定 IB
    3. 2.3 积分电容器的漏电流
  6. 3基准测试
    1. 3.1 点对点接线
    2. 3.2 屏蔽
    3. 3.3 PCB 清洁
    4. 3.4 温度稳定性
  7. 4使用库仑计对应用电路进行校准
    1. 4.1 常见应用电路校准
    2. 4.2 反相输入校准
    3. 4.3 非反相输入校准
    4. 4.4 使用过零方法确定电容器的电阻
    5. 4.5 介电吸收和弛豫
    6. 4.6 在 85°C 下校准
    7. 4.7 在 25°C 下校准
  8. 5总结
  9. 6参考资料

使用过零方法确定电容器的电阻

如前所述,积分电容器可能有漏电流经过板间的寄生电阻。由于该路径具有电阻,因此漏电流与端子之间的电压差成正比。原理图显示了电容器漏电流的模型。Vcal 偏置决定了漏电流的方向,因为输入端子始终为零伏;技术上来说,由于运算放大器的输入失调电压,这应为接近零伏。根据 IB 的符号和 Vcal 的符号,有四种类型的组合。

 正 IB 的电容器漏电流模型图 4-8 正 IB 的电容器漏电流模型

对于正 IB,如果结电压 Vcal 为负(低于输入端子偏置),则由于电容器中的漏电流,高阻抗节点会比原始 IB 更快减少电荷。另外,如果结电压 Vcal 为正,则漏电流将抵消 IB。因此,随着 Vcal 的增加,测得的 dV/dt 会变小。

 电容器漏电流随时间改变 Vcal(正 IB)图 4-9 电容器漏电流随时间改变 Vcal(正 IB
 负 IB 的电容器漏电流模型图 4-10 负 IB 的电容器漏电流模型

负 IB 的情况相反。如果结电压 Vcal 为正(高于输入端子偏置),由于电容器中的漏电流,高阻抗节点会比实际 IB 更快累积电荷。此外,当结电压 Vcal 为负时,漏电流将抵消 IB。因此,随着 Vcal 的减小,测得的 dV/dt 会变小。

 电容器漏电流随时间改变 Vcal(负 IB)图 4-11 电容器漏电流随时间改变 Vcal(负 IB

我们可以使用在第 2 部分中确定的 250PΩ 积分电容器的电阻率,估算测得的 IB 与实际 IB 相比较的误差。

如果测得的 100pF 电容器的电压斜率为 1uV/秒,Vcal 为 1V,则 IB 的计算公式为

1 x 10-6 x 100 x 10-12 = 100aA(不带校准)

1 x 10-6 x 100 x 10-12 + 1/250 x 10-15 = 104aA(带校准)

通过将电容器上的漏电流尽可能降至最低,可以为我们提供一种更准确地确定 IB 的方法。当积分器累积电荷时,积分电容器的电压将越过零伏。我们此时可以求导并获得最小漏电流条件来确定 IB。对于正 IB,Vcal 需要从负数开始。对于负 IB,Vcal 需要从正数开始,这样电容器电压才能越过零伏。

假设电阻遵循欧姆定律,则电容器的漏电流与 Vcal 成正比。

下图为正 IB 的过零方法模型,使用了两个参数 - 随 Vcal 变化的漏电流和 IB

 正 IB 的过零方法模型图 4-12 正 IB 的过零方法模型

下图为负 IB 过零方法模型,使用了两个参数 - 随 Vcal 变化的漏电流和 IB

 负 IB 的过零方法的模型图 4-13 负 IB 的过零方法的模型

例如,Vcal 随时间测量,如下图所示。电容器电压从 -400mV 开始。随着积分的进行,电压越过零。当 Vcal 越过零伏时,曲线导数为 312aA。当电压越过零时,dV/dt x C 是可实现的最低漏电流。请注意,Vcal 是积分电容器的电压。在此条件下测量 IB 被视为积分电容器上的最低漏电流条件,过零方法。

 过零方法为读取 IB 提供了最小漏电流条件图 4-14 过零方法为读取 IB 提供了最小漏电流条件