【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

youyushangshuwentishizaiweixingongzhonghaohoutaitichude，huifuhetaolundoubushihenfangbian。tichuliuyanzhonggeichudexinxibijiaoyouxian，suoyizhinengduiyixieceliangguochengzuoruxiadejiashe：

●   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(guo)R4,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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