【導讀】電dian化hua學xue氣qi體ti檢jian測ce元yuan件jian需xu要yao恒heng定ding的de偏pian置zhi才cai能neng正zheng常chang準zhun確que地di運yun行xing，這zhe可ke能neng會hui消xiao耗hao大da量liang功gong率lv。當dang器qi件jian處chu於yu空kong閑xian或huo休xiu眠mian模mo式shi時shi
，正zheng常chang的de電dian源yuan管guan理li係xi統tong往wang往wang會hui試shi圖tu讓rang這zhe些xie器qi件jian都dou保bao持chi關guan斷duan狀zhuang態tai。然ran而er，電dian化hua學xue傳chuan感gan器qi需xu要yao數shu十shi分fen鍾zhong甚shen至zhi幾ji個ge小xiao時shi才cai能neng穩wen定ding下xia來lai。因yin此ci
，檢jian測ce元yuan件jian及ji其qi偏pian置zhi電dian路lu必bi須xu處chu於yu"始終接通"狀態。此外

，對於使用單節AA電池的消費電子應用
，所需的偏置電壓通常非常低。

本文將探討適合乙醇和一氧化碳(CO)等電化學氣體傳感器應用的運算放大器。還將討論此類應用所需的放大器性能，幫助便攜式設備以更低功耗準確測量乙醇和CO
，並獲得更理想的結果。

簡介

電dian化hua學xue氣qi體ti檢jian測ce元yuan件jian需xu要yao恒heng定ding的de偏pian置zhi才cai能neng正zheng常chang準zhun確que地di運yun行xing，這zhe可ke能neng會hui消xiao耗hao大da量liang功gong率lv。當dang器qi件jian處chu於yu空kong閑xian或huo休xiu眠mian模mo式shi時shi，正zheng常chang的de電dian源yuan管guan理li係xi統tong往wang往wang會hui試shi圖tu讓rang這zhe些xie器qi件jian都dou保bao持chi關guan斷duan狀zhuang態tai。然ran而er，電dian化hua學xue傳chuan感gan器qi需xu要yao數shu十shi分fen鍾zhong甚shen至zhi幾ji個ge小xiao時shi才cai能neng穩wen定ding下xia來lai。因yin此ci，檢jian測ce元yuan件jian及ji其qi偏pian置zhi電dian路lu必bi須xu處chu於yu"始終接通"狀態。此外，對於使用單節AA電池的消費電子應用，所需的偏置電壓通常非常低。

MAX40108 是一款低功耗、高精度運算放大器（運放）
，工作電源電壓低至0.9 V，專為儀器儀表類應用而設計。此外
，該器件具有軌到軌輸入和輸出特性，典型電源電流消耗僅25.5 µA，並且隨著時間和溫度變化，其典型零漂移輸入失調電壓為1 µV。因此，非常適合各種低功耗應用，例如乙醇和CO氣體傳感器等消費電子產品。

概述

圖1顯示了乙醇或CO等電化學傳感器的框圖。係統中采用了低壓運算放大器，後者直接由1.5 V AA/AAA電池供電，為電化學傳感器提供偏置電流，而係統的其餘部分則處於休眠模式，以節省功耗。第一個運放U1為電化學傳感器的參比電極供電。第二個運放U2配置為跨導放大器
，將傳感器的電流輸出轉換為電壓輸出，經放大後由微控製器進行數字化處理。電壓信號通過 MAX44260 （即U3）放大，它是一款1.8 V
、15 MHz、低失調、低功耗
、軌到軌輸入/輸出(I/O)運算放大器。ES代表電化學傳感器。

圖1.使用MAX40108的電化學傳感器的框圖

點擊此處可在線獲取該電化學傳感器的原理圖。

乙醇傳感器評估

在乙醇傳感器評估中，使用的傳感器是圖2所示的SPEC 3SP_Ethanol_1000封裝110-202。

圖2.乙醇傳感器SPEC 3SP_Ethanol_1000封裝110-202

此SPEC乙醇傳感器產生與捕獲的氣體量成比例的電流。它是一個三電極器件：WE
、RE和CE。

WE：工作電極。WE偏置電壓為0.7 V
，用於檢測氣體蒸氣。

RE：參比電極。此RE在電解質中提供0.6 V偏置電壓的穩定電化學電位
，不接觸氣體蒸氣。

CE：對電極(CE)。

當存在氣體時
，CE導電。導電水平與氣體濃度成正比，這樣係統就可以對氣體濃度進行電測量。

在該氣體傳感器評估中，氣體顆粒需要與 SPEC傳感器 物理接觸。換句話說
，乙醇傳感器基本上隻測量傳感器本身所在位置存在的氣體。因此，為了準確有效地檢測乙醇和CO等氣體，應將傳感器放置在預計氣體濃度會擴散到的位置。在此實驗中，將棉簽浸入乙醇溶液中，並將其放在SPEC傳感器的正前方。

圖3顯示捕獲到乙醇蒸氣
，如藍色曲線所示。綠色曲線是包括微控製器在內整個係統的電流消耗，典型值為90 mA。然而
，當VDD = 0.9 V
、TA = 25°C時
，MAX40108本身的電流消耗僅為25.5 µA，如圖4所示。

圖3.乙醇傳感器的性能

圖4.在各種電源電壓下和工作溫度範圍內的電流消耗

當處於空閑模式時，微控製器每10秒喚醒一次
，進行乙醇蒸氣監測。當存在蒸氣時，微控製器開始測量蒸氣濃度

，如藍色曲線所示。紅線顯示AA電池電壓約為1.5 V，黃線為CE電壓。

為了觀察乙醇傳感器對蒸氣濃度的響應度，將棉簽移至離傳感器更遠的位置。捕獲的結果如圖5所示。正如預期的那樣
，蒸氣濃度的幅度（藍色曲線）相應地減小了。

圖5.蒸氣遠離SPEC傳感器時乙醇傳感器的性能

CO傳感器評估

與乙醇不同，CO是一種潛在有毒氣體，汽油甚至無害蠟燭燃燒不完全時都會產生一氧化碳。因此，當進行CO氣體實驗時
，采取適當的通風措施以確保健康和安全非常重要。在CO傳感器評估中，我們使用蠟燭在遮住的廣口瓶中產生CO氣體，並使用相同的傳感器SPEC 3SP_Ethanol_1000封裝110-202來捕獲CO氣體濃度。

圖6顯示捕獲到CO氣體，如藍色曲線所示。綠色曲線是包括微控製器在內整個係統的電流消耗
，典型值為90 mA。

圖6.MAX40108 CO傳感器的性能

與乙醇評估一樣，當處於空閑模式時，微控製器每10秒喚醒一次，進行CO氣體監測。當檢測到該氣體時，微控製器開始測量其濃度，如藍色曲線所示。紅線顯示AA電池電壓約為1.5 V，黃線為CE電壓。

結論

為使消費電子和工業應用能夠準確測量乙醇和CO氣體
，需要一種工作電源電壓低至0.9 V的低功耗、高精度運算放大器。MAX40108器件專為有效捕獲和測量乙醇和CO等常見氣體而設計，電流消耗低至25.5 µA，尺寸僅為1.22 mm × 0.92 mm
，采用8引腳WLP封裝。該放大器具有關斷模式，可進一步節省功耗，對於可穿戴設備、便攜式醫療係統和工業物聯網(IIoT)（例如壓力
、流量、液位、溫度和接近測量），這一特性優勢至關重要。

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