使用電化學(xué)傳感器的單電源、微功耗有毒氣體探測(cè)器

流入WE引腳的電流對(duì)于每ppm氣體濃度低于100 nA；因此將此電流轉(zhuǎn)換為輸出電壓需要具有極低輸入偏置電流的跨阻放大器。ADA4505-2運(yùn)算放大器在室溫下具有最大輸入偏置電流為2 pA的CMOS輸入，因此很適合這種應(yīng)用。

2.5 V ADR291為電路建立偽地基準(zhǔn)電壓，因此支持單電源供電同時(shí)消耗極低的靜態(tài)電流。

放大器U2-A從CE引腳吸取足夠的電流，以便在傳感器的WE和RE引腳間保持0 V電位。RE引腳連接到U2-A的反相輸入；因此其中無(wú)電流流動(dòng)。這意味著電流從WE引腳流出，隨氣體濃度呈現(xiàn)線性變化。跨阻放大器U2-B將傳感器電流轉(zhuǎn)換為與氣體濃度成正比的電壓。

此電路筆記選擇的傳感器是Alphasense CO-AX一氧化碳傳感器。表1顯示與此常見類型的一氧化碳傳感器相關(guān)的典型規(guī)格。

警告：一氧化碳是有毒氣體，一旦濃度高于250 ppm便有危險(xiǎn)；測(cè)試本電路時(shí)應(yīng)格外小心。

跨阻放大器的輸出電壓為：

其中IWE是流入WE引腳的電流， RF 是跨阻反饋電阻（圖1中顯示為R8）。

CO-AX傳感器的最大響應(yīng)是100 nA/ppm，其最大輸入范圍為2000 ppm的一氧化碳。因此，最大輸出電流為200 μA，最大輸出電壓由跨阻電阻決定，如公式2所示。

使用5 V電源為電路供電可在跨阻放大器U2-B的輸出端產(chǎn)生2.5 V的可用范圍。為跨阻反饋電阻選擇11.5 kΩ電阻可提供4.8 V的最大輸出電壓，從而提供大約8%的超量程能力。

傳感器使用65 nA/ppm的典型響應(yīng)時(shí)，公式3顯示與一氧化碳的ppm有函數(shù)關(guān)系的電路輸出電壓。

電阻R4將噪聲增益保持在合理水平。選擇此電阻的值需權(quán)衡兩個(gè)因素決定：噪聲增益的幅度和暴露于高濃度氣體時(shí)傳感器的建立時(shí)間誤差。對(duì)于本例，R4 = 33 ?，由此可計(jì)算噪聲增益等于349，如公式4所示。

跨阻放大器的輸入噪聲在輸出端表現(xiàn)為由噪聲增益放大。對(duì)于本電路，我們僅關(guān)注低頻噪聲，因?yàn)閭鞲衅鞴ぷ黝l率極低。ADA4505-2的0.1 Hz至10 Hz輸入電壓噪聲為2.95 μV p-p；因此，輸出端噪聲為1.03 mV p-p，如公式5所示。