放大高压nA电流

我的电路实际上只是一个连接到非常高的电阻（基本电路轮廓）的1kV直流电源，在此电路中，我尝试使用Arduino测量的电流在0.1nA至500uA范围内（电流变化是因为电阻因外部因素而有所不同）。我有使用这个（或类似的）连接到Arduino的想法：https : //www.adafruit.com/product/904

但是，它的工作电压高达26V，分辨率仅为0.8mA。

为了解决这个问题，我首先想到了使用一个分压器，使电路的并联部分电压降低到〜13V，INA219可以进入该部分（降低电压部分），并使用高阻电阻器，因此基本上所有电流都流过该部分。

但是，现在我需要将本节中的电流放大到INA219可以测量的值。在查找完所有内容之后，我认为对此的一个好主意是使用达林顿对，并采用以下方式实现它：使用达林顿对。但是我发现这没有放大作用。我是不是正确地实现了达林顿对，或者它不适用于如此小的电流，或者达林顿对在这里放大电流完全是错误的想法？如果这是错误的解决方法，那么使用Arduino测量这种低电流高压电路的电流的好方法是什么？

编辑：我已经包括了我认为由Olin Lathrop的答案描述的示意图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

这就是奥林（Olin）正在考虑的示意图，还有一些好处。

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

齐纳二极管可能具有很高的泄漏电流，并且由于要测量的电流很小，因此您需要具有非常低泄漏的保护。

因此，D3将创建一个3V参考，并具有将多余电流分流到地的能力。仅当出现问题时，D1 / D2才会打开。D1和D2是普通的硅二极管，应该选择这些二极管以减小漏电流。

原理图编辑器使用了1N4148，但根据数据表，泄漏非常高。您可以尝试泄漏少得多的1N3595。我之所以选择通孔零件是因为通孔间距更大，更容易使通孔泄漏少...

如果需要，C1提供一些低通滤波。如果没有，请卸下R5 / C1。

请注意，只有当R3能够承受1kV的电压而不会产生电弧或燃烧，或者由于过电流等原因导致电源关闭时，才能完全保护R1不会短路。

如果您的1kV电源只能输出几个mA，则二极管D2-D3将保护您的微型ADC，但R2 / R3会起弧并死亡。零件不是很昂贵，因此您可以选择是否进行过度设计。

您想使用微控制器测量高达500 µA的电流。除非存在一些您没有告诉我们的限制，否则低端电流检测电阻器似乎是显而易见的选择。如果电压为1 kV，则降低一个或几伏的电压是可以接受的。

假设您要在500 µA时使用3.0V。算一算。（3.0 V）/（500 µA）= 6kΩ。在负载的底端和地面之间，您将获得一个0至3.0 V信号，指示0至500 µA。

由于周围有很大的电压，我会在此3 V信号和A / D之间放置一些保护。添加一些串联电阻，然后将二极管钳位至地和3.3 V左右。

采用12位A / D（如今很容易内置到微控制器中），您可获得约122 nA的分辨率。如果这还不够好，请在带宽足够低的情况下使用外部A / D，例如delta-sigma。

添加

在原理图中，二极管和R4的位置没有意义。

这是我上面描述的内容：

R2是电流电压转换器。它在500 µA时产生3.0 V电压。D1和D2将结果限制在安全水平，而R1为它们提供抵抗的阻抗。

削波的一个缺点是OUT的阻抗变高。在驱动A / D输入之前，需要对上面所示的OUT进行缓冲。这可以通过运算放大器作为电压跟随器来完成。

由于无论如何最终都会得到一个运放，因此可以考虑降低R2并使用运放进行放大。这是否有意义取决于您尚未告知我们的各种权衡。

一种选择是与负载串联使用一个光隔离器：

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

这样的好处是您可以将高压与微控制器完全隔离。

主要缺点是光隔离器的电流传输率（CTR）变化，因此需要进行一些校准。根据您需要的精确度，可以使用一些具有100％-1000％CTR的通用模型，但是有些非线性响应。如果您需要更高的精度，则可以使用线性化的光隔离器，但是其CTR仅为1％左右，这意味着不是放大信号，而是衰减了信号，并且需要在低压侧添加一个运算放大器。