[發明專利]一種自給能探測器電流信號放大電路

在審

• 申請號: 201710017986.7
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106712726A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 朱宏亮;呂渝川;曾少立;劉立新;羅京海;劉艷陽
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: H03F1/30
• 分類號: H03F1/30
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 郭受剛

技術領域

本發明涉及核電廠反應堆堆芯測量自給能探測器電流信號處理領域，具體地，涉及一種自給能探測器電流信號放大電路。

背景技術

通常在核電站反應堆堆芯會設置堆芯中子測量儀表，三代核電站設計要求中，采用固定于堆芯的多組自給能探測器實現堆芯中子通量測量，自給能探測器在中子輻射情況下輸出與其位置中子通量成正比的電流。

自給能探測器的信號范圍一般為10^-10A～10^-4A，電流范圍橫跨6個量級，測量范圍大，普通電流放大器只能達到3個量級，無法滿足自給能探測器電流的放大需求。

綜上所述，本申請發明人在實現本申請發明技術方案的過程中，發現上述技術至少存在如下技術問題：

在現有技術中，現有的電流放大器只能達到3個量級，存在無法滿足自給能探測器電流的放大需求的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種自給能探測器電流信號放大電路，解決了現有的電流放大器只能達到3個量級，存在無法滿足自給能探測器電流的放大需求的技術問題，實現了10^-10A～10^-4A范圍內電流的連續放大，滿足自給能探測器電流的放大需求的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請提供了一種自給能探測器電流信號放大電路，所述放大電路包括：

第一電阻、第一三極管、第一運算放大器、第二電阻，其中，第一電阻一端與第一運算放大電路的輸入端連接，第一電阻的另一端與第一運算放大器的反向輸入端和第一三極管的集電極均連接，第一運算放大器的同向輸入端與第二電阻串聯后接地，第一三極管的基極接地，第一三極管的發射極和第一運算放大器的輸出端均與放大電路的輸出端連接。

其中，本發明的放大電路可以實現10^-10A～10^-4A范圍內電流的連續放大，解決了堆芯測量技術中至關重要的信號放大問題，用于解決探測器信號范圍大，連續測量困難的難題。同時本發明采用的放大具有一定的溫度漂移特性，因此相應的發明了一整套配合電路保證測量準確性。

其中，所述第一運算放大器的輸入偏置電流為fA量級。運算放大器的選擇對于本發明電路的實現是重要的，對于微電流測量而言要求運算放大電路的負端的輸入阻抗盡可能的高，以減少放大器輸入偏置電流，保證放大電路的下限指標，因此次放大器需選擇輸入偏置電流在fA量級的放大器。

進一步的，放大電路的輸入電流為i_R，輸出電壓為u_o：

其中，I_S是三極管PN結的反向飽和電流；U_T＝kT/q，k為玻耳茲曼常數，T為熱力學溫度，q為電子電量。

進一步的，本發明放大電路具有一定的溫度漂移特性，因此增加了相應的放大電路元器件來保證測量準確性，所述放大電路還包括：

測溫芯片、第三電阻、第二三極管、第四電阻、第二運算放大器、第五電阻、第六電阻，其中，第一運算放大器的輸出端與第三電阻串聯后與第二三極管集電極連接，第一三極管的發射極與第二三極管集電極連接，第二三極管的基極與第二運算放大器的同相輸入端連接，第二運算放大器的反相輸入端與第五電阻串聯后接地，第四電阻一端與放大電路的第二輸入端連接，第四電阻的另一端與第二三極管的發射極和第二運算放大器的同相輸入端均連接，第六電阻一端與第二運算放大器的反相輸入端連接，第六電阻的另一端和第二運算放大器的輸出端均與放大電路的第二輸出端連接，所述測溫芯片用于測量第一三極管和第二三極管的熱力學溫度。

其中，三極管PN結的反向飽和電流I_S與PN節工藝和工作溫度有關，在實際應用中I_S的特性影響電流的準確測量，可采用添加的電路消除I_S的影響。U_T的三個參數中熱力學溫度T為變量，其他兩個為常量，本發明中通過將T1和T2兩個三級管布置在一起，并在它們附近布置一個測溫芯片，通過測量此處的溫度來計算U_T，從而達到消除U_T影響的目的。

進一步的，放大電路第二輸出端的輸出電壓為u_o，第一輸入端的輸入電流為i_I，第二輸入端的輸入電流為i_R：