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实际测量系统中,对于输入信号电缆引起的误差,可以选择使用绝缘电阻尽可能高的电缆,另外,在电缆屏蔽层加上保护电势Vguard,可以大大降低电缆泄露电流引起的误差。印刷电路板由于污染等原因导致绝缘电阻下降而引起漏电流,当运放同相输入端与电源输入端相邻时,会带来干扰,因此,将保护电势加载于运放输入端与信号线周围,将大大减小信号路径上的泄露电流,而来自电源的漏电流将会被保护电路吸收。
3 仿真结果分析
对图2所示的电路,用PSpice仿真软件对电路进行模拟分析,交流扫描的结果如下,各关键节点电压如表1所示,电阻R1的低阻抗端加上了90.121μV的保护电压,流经电阻R1的分流电流为90.031 fA。
如图3所示,图中上半部分为系统输出信号波形,下半部分为系统输入阻抗波形,从图中可以看出,在频率为100 Hz处,测量系统的输出电压值Vout为10.011 mV,交流输入阻抗Rin为1.132 8 GΩ。经计算,系统的放大倍数A为100.998倍。
从上述分析可以得出,采用保护电路大大提高了系统的输入阻抗,减小了系统的输入偏置电流。仿真结果与理论分析相符,保护电路对高阻抗微弱电压信号高精度测量提供保障。
4 结 语
本文从高阻抗信号测量原理出发,分析了测量系统输入阻抗和偏置电流对测量精度的影响,针对高阻抗微弱电压信号,应用保护技术,设计了一种带保护电路的高阻抗微弱信号放大电路,通过PSpice软件仿真分析,验证了该电路可实现对高阻抗信号的高精度测量,为高阻抗信号测量提供了一种有价值的参考方法。