产品简介
OE4121 有源跨阻型电流前置放大器用于将光电探测器、电流型传感器及其他高阻信号源产生的电流转换为电压信号。仪器采用有源负反馈结构，使输入节点保持在近似恒定的“虚地”电位，在实现电流电压转换的同时,减小测量电路对被测器件工作状态的影响。
在线性工作范围内，OE4121 的输入输出关系近似为
𝑉OUT = −𝐼IN × 𝑅𝑇 ,
其中 𝐼IN 为流入输入端的电流，𝑅𝑇 为输入电流至最终输出电压 的总跨阻增益。电流信号经跨阻转换、Offset 调节、AC/DC 耦 合、低通滤波及输出缓冲处理后，由独立输出驱动级提供 50 Ω 输出。OVLD 检测电路用于监测信号链的过载状态。
原理框图
图1 . 输入与信号调节面板
设备界面说明
图2 . 输入与信号调节面板
图3 . 电源、滤波与输出面板
操作设置与面板说明
输入线缆与机壳地
输入连接应使用短、低电容且屏蔽良好的线缆，放大器应尽量靠近被测器件。线缆过长或源电容过大会影响带宽、噪声和稳定性。输入线缆应远离电源线、开关电源及数字时钟等干扰源。
输入端外导体连接线缆屏蔽层，与仪器机壳电气隔离。不得将机壳作为输入信号的回流路径，也不应在未确认接地关系时短接输入外导体与机壳。机壳接地点应连接至测量系统的屏蔽地；多台接地仪器同时使用时，应合理安排接地点，避免形成地环路。
图4 . 输入端屏蔽与接地示意图
跨阻增益选择
OE4121 设有 4 个标准跨阻增益档位，旋转增益旋钮至 1～ 4 档可选择相应增益。选择增益时，应计入输入电流的直流分量、交流峰值及瞬态峰值，确保输出处于本机线性范围和后级仪器允许的输入范围内。
输入电流未知时，应从最低增益档开始，确认未过载后逐档提高。若 OVLD 点亮或波形削顶，应降低增益。增益越高，可用带宽和最大允许输入电流越小，具体数值见增益相关性能表。
图5. 跨阻增益档位旋钮
AC/DC 耦合选择
DC 耦合保留直流分量及低频变化，适用于直流电流、缓慢 变化信号，以及需要同时观察直流背景和交流分量的测量。使 用时，应确认直流与交流叠加后的输出处于线性范围内。 AC 耦合用于隔离直流分量及缓慢漂移，其下限截止频率 （−3 dB）为 1 Hz。接近该频率时，信号会产生幅度衰减和附加 相移；直流及极低频测量应选择 DC 耦合。AC 耦合不能避免输 入直流电流过大引起的前级过载。
图6. AC/DC 耦合选择
Shield 与 Bias
输入端外导体作为线缆屏蔽层（Shield）的连接端。开关置 于 GND 时，Shield 连接至信号地。置于 Bias 时，Shield 连接至 内部可调偏置源，Bias Adjust 的调节范围为 −1.8 ∼ +1.3V。 将光电二极管连接在输入中心导体与 Shield 之间，即可施 加偏置。初次使用时，应选择较低增益，将偏置调至接近 0 V； 确认器件极性和允许偏置范围后再缓慢调节，并监测输出及 OVLD。实际偏置电压可用高输入阻抗电压表测量 Shield 与信 号地之间的电压。 注：使用内部 Bias 时，不得将 Shield 连接至外部地或其他低阻 抗电位，也不得同时接入外部偏置电源。使用外部偏置时，应 将开关置于 GND，并按典型应用接线图连接。
图7. 输入 Shield 参考电位选择
Offset 调节
Offset 调节用于补偿放大器自身及不同增益档位产生的输出零点偏移，使输出基线处于合适位置。调节时，接入实际被测信号，并使用示波器或电压表监测输出。若 OVLD 点亮或波形削顶，应先降低输入电流或跨阻增益，确认未过载后再调节 Offset。
更换被测器件、改变背景电流或切换增益后，应重新检查输出基线。测量脉冲或周期信号时，应观察完整波形，确保正、负峰值均处于线性输出范围内。Offset 调节不能消除前级过载。 注：Bias 与 Offset 均可能影响输出信号的直流电平，但作用不同。Bias 向外部被测器件施加直流偏置电压，以调整器件工作点；Offset 仅用于补偿放大器自身及不同增益档位的输出零点偏移。
OVLD 过载指示与处理
OVLD 点亮表示信号链过载，输出可能出现削顶或幅度误差。应检查输入电流及所选增益，必要时降低输入电流或切换至较低增益，并确认输出负载和接线符合要求。 确认 OVLD 熄灭且输出波形无削顶后，再进行读数或数据采集。瞬态或幅度变化较大的信号应预留输出余量；OVLD 未点亮时，仍需检查输出波形及线性范围。
低通滤波器
OE4121 设有 8 个带宽档位，包括全带宽档（FBW）和 7 个二阶低通滤波档位，截止频率为 10 Hz～10 MHz。在满足信号带宽的前提下，降低截止频率可抑制带外噪声，提高读数稳定 性。
初次测量或信号频率范围未知时，可先选择 FBW 档，再逐档降低截止频率，并检查信号幅度及波形是否满足要求。截止频率过低会引起幅度衰减和附加相移；测量脉冲或快速变化信号时，还会使边沿变缓。测量频率响应时，应选择 FBW 档。
图8. 二阶低通滤波档位
输出线缆与端接
输出端应使用 50 Ω 同轴线缆连接示波器、频谱分析仪或数据采集设备。后级采用 50 Ω 输入端接时，可减小高速信号反射；采用高阻输入时，输出幅度会与 50 Ω 端接条件不同。
读取或计算测量结果时，应采用与规格参数和校准条件一致的终端负载，并确认输出电压及负载电流未超过规定范围。
增益参数
全带宽跨阻增益测试
测试条件：供电电压 = 12 V；环境温度 = 25 °C；输入线缆长度 = 0.5 m；滤波档位 = FBW；DC 耦合。各档输入电流分别为 2.5 mA、100 𝜇A、1 𝜇A、10 nA、1 nA 与 100 pA。
注意：曲线源于实验室测试；带宽及稳定性随源电容、线缆和负载变化。
图1. 各跨阻增益档位幅频响应
图2. 各跨阻增益档位相频响应
低通滤波器测试
测试条件：供电电压 = 12 V；环境温度 = 25 °C；输入线缆长度 = 0.5 m；输入电流 = 10 mA；跨阻增益 = 100V/A；DC 耦合。
图3. 各低通滤波档位幅频响应
图4. 各低通滤波档位相频响应
