【導讀】卓老師

，您好
，想請教您一個問題，我正在diy一個pA數據采集器 ，使用的是ADA4530
，想要測量50pA~100pA左右的電流 ，寬想在10KHz，測試過程中發現一個現象無法理解。

01 問題提出

今天淩晨看到公眾號後台有位同學提出一個問題，關於他自己DIY製作的pA電路采集電路中遇到的奇怪現象。

卓老師

，您好，想請教您一個問題
，我正在diy一個pA數據采集器 ，使用的是ADA4530，想要測量50pA~100pA左右的電流
，寬想在10KHz，測試過程中發現一個現象無法理解。

圖1.1 放大電路板的正麵照片

圖1.2 放大電路LTspice仿真電路圖

圖1.3 電路的幅頻響應曲線

圖1.4 電路的供電電源部分

使用不同頻率正弦信號，輸出有一段被放大太多，然後再衰減 ，這個4KHz到14KHz的輸出幅值，我不知道什麼原因導致，想請教您幫我指點一下方向。

02 問題分析

一
、提問分析與假設

由(you)於(yu)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)是(shi)在(zai)微(wei)信(xin)公(gong)眾(zhong)號(hao)後(hou)台(tai)提(ti)出(chu)的(de)
，回(hui)複(fu)和(he)討(tao)論(lun)都(dou)不(bu)是(shi)很(hen)方(fang)便(bian)。提(ti)出(chu)留(liu)言(yan)中(zhong)給(gei)出(chu)的(de)信(xin)息(xi)比(bi)較(jiao)有(you)限(xian)，所(suo)以(yi)隻(zhi)能(neng)對(dui)一(yi)些(xie)測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)做(zuo)如(ru)下(xia)的(de)假(jia)設(she)：

●   該電路所獲得的數據都是由LTspice 仿真軟件測量得到的；

●   測量信號是由電路中Vin1輸入，測量結果是由Out4獲得
；

二、電路分析

實驗電路的組成應該是包括兩部分，前麵由ADA4077組成的電壓並聯負反饋信號處理部分
，以及後麵有ADA4053組成的 I/V 信號轉換與放大部分。

1、信號輸入轉換電路

前麵由ADA4077組成的電路，它的輸入為電壓人員Vin
，輸出為OUT。按an照zhao這zhe個ge測ce試shi電dian路lu的de功gong能neng來lai看kan這zhe個ge電dian路lu應ying該gai是shi用yong於yu產chan生sheng測ce試shi信xin號hao的de電dian路lu
，也ye就jiu是shi能neng夠gou輸shu出chu不bu同tong幅fu度du的de電dian流liu源yuan。但dan這zhe個ge電dian路lu屬shu於yu電dian壓ya並bing聯lian負fu反fan饋kui電dian路lu
，即ji將jiang輸shu出chu的de電dian壓ya進jin行xing積ji分fen反fan向xiang放fang大da後hou
，經jing過guoR4,R6 兩個電阻並聯在電路輸入端。這就無法達到輸出為恒流源的目的呀。

圖2.2.1 輸入信號轉換部分

該電路前向放大部分是一個低通
，反向積分又使得電路直流增益為0，所以它本質上是一個帶通電路。

前向放大部分是由U3,U1組成的一階低通濾波同相放大器

，它的截止頻率是由R8,C1決定
，根據參數，截止頻率為  

電壓反向積分電路使得上述電路直流增益為0
，對於交流放大的起始頻率是由R5,C6,C5,R7決定。粗略由R5

，C6可是計算出電路的起始頻率  

下麵是在LTspice中搭建的仿真電路，並測量它的小信號的幅頻特性。

圖2.2.2 LTspice仿真電路

仿真結果驗證了上述電路是一個從 0.007Hz 到16Hz之間的帶通放大電路。

圖2.2.3 LTspice 仿真結果

2、電流電壓轉換電路

下麵是原來電路信號放大部分，它主要有三級放大組成：

●   第一級是由高阻輸入U2:ADA4530完成電流至電壓的轉換。這是一個最大增益為10倍的高通濾波器
；

●   第二級是由U6:ADA4077組成的高通濾波器
，最大增益為3
；轉換頻率由R11
，R12,C4決定，大約為1.2kHz；

●   第三部分是由U5:ADA4077組成的100倍的反向放大電路。

圖2.2.4 電路的放大部分

下麵是在LTspice中搭建的仿真電路。

圖2.2.5 LTspice電路仿真

下麵是電路的幅頻特性。可以看到在1.2kHz之前電路放大倍數每倍頻6dB上升，超過1.2kHz之後電路放大倍數以大約12dB每倍頻上升，在18kHz左右增益達到最大。

超過18kHz電路增益下降的原因主要有以下兩部分組成：

●   由R3,C3確定了U2對應的高通轉折頻率，大約為15.9kHz
；

●   運放ADA4540,ADA4077等帶寬限製了高頻的增益；

圖2.2.6 電路的幅頻特性

3、全電路幅頻特性

將上麵兩個電路串聯在一起，在LTspice進行仿真。

圖2.2.7 全電路仿真

可以看到電路在超過1kHz之後，增益上升，這是由前麵第二部分電路在高頻增益提升是12dB每倍頻速度所導致。盡管前級信號放大在高頻是衰減的

，但整體幅頻特性是上升的。

圖2.2.8 電路的頻率特性

總結

本文對公眾號後台一款DIYpiandianliufangdadianlujinxinglefenxi。zhegewentiyuanbenshitongxuetichude
，dantasuotigongdexinxiyouxian，suoyizhinengjiudianluyuanlibenshenyijifangzhenjieguojinxingtaolun。congfenxizhonglaikan：

電路的前一半似乎作為恒流源存在著原理上的問題，這個電路是一個電壓並聯帶通放大電路。無法產生給定恒流測試信號；

後級電流轉換電路則是一個高通電路
，原則上應該設計RC對應的頻率來補償電路運放的高頻特性不足。但仿真結果無法給出實際器件的放大特性。

來源：TsinghuaJoking
，卓晴

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