如何测量量子级别的超低电流

　　对于所有与“电”相关的设备而言，电流是永远离不开的一个参数。电流的计量单位是 A（安倍），它定义为 1 秒内通过横截面的电荷量为 1 库仑（6.241×10^18 个电子的电荷量）时，电流大小为 1A。在常见的生活电器中，电流常以 A、mA（10-3）、 μA（10-6）计，使用电笔或者万用表就能轻松测量对应参数并进行调试。然而，但随着科技的进步，设备越来越精密化，对于超微弱电流的测量的需求也不断涌现，nA（10-9）、fA（10-15）级别的电流也变得常见起来，例如光电效应的测试——光照在光电发射材料上会打出电子，如何对这些电子进行观察？

　　测量微弱电流，运算放大器是关键

　　在前面提到的光电效应观测中，所产生电子以个数计，面对如此微弱的电流，常规的测量方案就无能为力了。在一般的微弱电流检测仪中，通常会采用一个 I-V 电路对输入的微弱电流信号进行转换放大，从而获得待测微弱电流的信号大小。在此电路中，最为核心的器件就是用于调理信号的运算放大器，它的精度决定了测试仪的灵敏度。而要满足此时的超低电流测量要求，就需要选取一个高输入阻抗、极低输入偏置电流的运算放大器作为前置放大器。这样可以防止运算放大器的输入偏置电流信号对输入的微弱电流信号造成分流，影响电路检测的精度。 ADI 推出的静电计运算放大器 ADA4530-1 能够满足这样的要求，它的典型偏置电流为 0.1fA，这相当于每秒 624 个电子。此放大器外形紧凑，确保化学分析仪器可在更广泛的温度范围内实现最高精度和数据可重复性，从而降低总体物料成本和设计尺寸。ADA4530-1 运算放大器的成功之处在于其偏置电流极低，为竞争产品的二十分之一，甚至更低。如此之低的偏置电流使得 ADA4530-1 成为连接对输出负载敏感的传感器（如光电二极管）以及精度监测 / 分析设备中常用的其他高输出阻抗传感器的理想选择，例如分光光度计、色谱仪、质谱仪，以及恒电位和恒电流库伦分析测量设备。这款放大器还可用作皮安计和库仑计测量系统的前端放大器，光电二极管、电离室和工作电极测量的跨阻放大器，或化学和电容传感器的高阻抗缓冲器。温度为 25℃时，ADA4530-1 的典型输入偏置电流《1 fA，如此超低电流甚至无法通过任何仪表准确测量。例如，Keithley 6430 SourceMeter® 的失调电流在 1 pA 量程下最低为 7fA。因此，要测量 IB，需要加热 DUT 以增大输入偏置电流，使其达到可测量的值。根据数据手册规格，温度为 125℃时可测量到的最大 IB 值为±250fA。