Comment faire un puits de courant constant dans la gamme pA-nA

Je suis chargé de faire un PUITS de courant constant pour un appareil de test. Il doit produire 4 valeurs distinctes, -10pA -100pA -1nA -10nA. J'ai besoin que le courant dure au moins 10 à 20 secondes, de préférence jusqu'à 100 secondes si possible. Ces valeurs actuelles sont très petites, donc je ne pourrai pas utiliser un simple miroir de courant avec des transistors.

La raison pour laquelle je dois fabriquer cet appareil est qu'il doit être beaucoup plus petit qu'un instrument de banc de test, pensez à un ordinateur de poche, et ne doit fonctionner que pour ces valeurs actuelles spécifiques. Je ne connais pas non plus la charge, c'est une source, ça ne devrait pas avoir d'importance?

Jusqu'à présent, tout ce que j'ai trouvé est d'utiliser une rampe de tension pour charger un condensateur (Ic = C dv / dt) afin qu'il puisse sortir le courant. J'utiliserais un interrupteur mécanique pour changer la valeur de capacité afin que le temps de montée reste le même et que le courant puisse être changé entre les 4 valeurs. La forme d'onde devrait être en dents de scie afin de remonter en ~ 1 seconde. Je ne sais pas comment faire une rampe en dents de scie ou vraiment n'importe quelle tension moi-même et j'ai besoin qu'elle soit linéaire afin d'obtenir le bon courant du capuchon.

S'il vous plaît, donnez-moi des suggestions et posez des questions sur tout ce que j'ai oublié de vous dire.

EDIT: j'espère que c'est un peu plus clair

operational-amplifier current-source integrator

— Alex K
source

Votre titre demande comment créer une source de courant constant et votre texte indique que vous voulez créer un testeur pour un appareil qui produit du courant, ce qui signifie qu'il recherche également un courant. Lequel est-ce? Qu'est-ce qu'une rampe a à voir avec ça? Veuillez résoudre la question. Ce serait une bonne idée de donner un peu de contexte afin que nous puissions comprendre ce que vous essayez vraiment de faire.

— Transistor

Vous devez montrer un schéma. J'ai des doutes sur l'utilisation d'une rampe de tension pour cela, je ne vois pas comment cela fonctionnerait, alors montrez un schéma. Vous devriez également étudier comment d'autres conceptions (comme les équipements de mesure) font cela au lieu d'essayer de créer votre propre solution, cela est particulièrement vrai si vous êtes inexpérimenté dans le domaine et / ou la conception de circuits.

— Bimpelrekkie

Une source (ou un puits) de courant peut être créée avec un amplificateur opérationnel à faible Ib. Dans la gamme dont vous parlez, ce n'est pas particulièrement difficile (dans un laboratoire propre à température ambiante). Mais il y a beaucoup de mots qui bouent les eaux. Essayez peut-être d'être plus clair?

— Spehro Pefhany

Oui, il semble que vous ayez une sorte d'idée (en utilisant une alimentation en tension pour charger des condensateurs, semble-t-il?) que la construction de petits condensateurs précis est difficile, et que la construction de quelque chose avec des commutateurs mécaniques où la capacité parasite de la carte et des composants ne joue pas un grand rôle dans la gamme pA est encore plus difficile. Alors, décrivez peut-être ce que vous voulez résoudre plus en détail, puis, clairement marqué et séparé, parlez de votre approche actuelle.

— Marcus Müller

Connaissez-vous votre charge?

— Voltage Spike

Réponses:

Linear a une note d'application de source de courant bidirectionnel de précision Nanoamp qui peut être intéressante.

Figure 1. Ce circuit génère et absorbe uniquement des nanoampères de courant avec précision en raison du faible courant de polarisation d'entrée des amplificateurs opérationnels CMOS. Un amplificateur différentiel tamponné et un intégrateur forcent la tension aux bornes d'une résistance de 10 mégohm à 1/1000 de la tension d'entrée de commande dans l'une ou l'autre des polarité.

Il est difficile de dire si cela convient à votre application en raison du manque d'informations fournies. Il a l'avantage de ne nécessiter aucune génération de rampe ni aucun condensateur de précision.

— Transistor
source

l'erreur donnée est d'environ 10pA ... c'est la quantité de courant dont j'aurais besoin à l'extrémité inférieure. Pourrait-il être modifié pour produire ce petit courant?

— Alex K

Je n'ai aucune idée autre qu'aux niveaux qui vous intéressent que l'impédance d'entrée des amplificateurs opérationnels serait critique, mais vous auriez aussi ce problème avec l'intégrateur. Dans ma recherche, j'ai trouvé une source de courant femto ampère qui devrait rendre vos problèmes faciles.

— Transistor

@AlexK eh bien, à un moment donné, vous rencontrez des problèmes de précision en raison des courants de polarisation et des changements de température et ainsi de suite, mais bien sûr, augmentez ces 10 MΩ. Notez qu'à un moment donné, vous devrez vraiment commencer à penser à l'induction RF et autres, car les étages d'entrée des amplificateurs opérationnels ont inévitablement certaines caractéristiques de redressement et les choses deviennent laides lorsque vous superposez un RF redressé à un courant pA, même si votre la charge ne se soucie pas de la RF elle-même.

— Marcus Müller

@AlexK Vous pouvez utiliser un meilleur ampli-op, certains sont disponibles avec 25fA max Ib à température ambiante, mais la tension d'alimentation max est inférieure et Vos est supérieure. Augmenter le 10M à 100M est une bonne idée.

— Spehro Pefhany

Considérez ceci

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Supposons 0,5 volts Vbe pour Ic = 1uA, pour X = 1 zone d'émetteur. Supposons que le N (facteur d'idéalité de la diode) reste 1, puis à 10pA, ou 100 000 inférieur à 1 uA, le Vbe sera inférieur de 0,058 volts par décennie * log10 (100 000) ou

Vbe (10pA) = 0,500 - (0,058v * 5) = 0,500 - 0,290 = 0,210 volts

qui serait le Vbe de Q1. En supposant que les deux transistors sont tous deux de zone x1 (ils restent de la même taille), Vbe de Q2 est toujours de 0,5 volt. La base de Q1 est à 0,500 volts et l'émetteur de Q1 est à 0,290 volts. Ce 0,290 volts est à travers la résistance 10MegOhm R1 de l'émetteur au GND. Le courant à travers R1 est de 100 nanoAmp / volt ou 29 nanoAmps.

Nous devons réduire ce courant de plus de 1 000X, à votre 10picoAmps demandé.

Une façon d'y arriver est d'utiliser un diviseur résistif entre le haut de Q1 et la base de Q2. Mais c'est un kluge.

Une partie du défi, pour toute précision, est 10pA * 10MegOhm est 1e-11 * 1e + 7

ou 1e-4 = 100 microVolts.

Je pense donc que vous pouvez utiliser les OpAmps pour générer du courant 1 nanoAmp, et l'injecter dans 100: x copieur-séparateur de courant, donc

schématique

^{simuler ce circuit}

Voici la théorie et les exemples de Widlar Current Mirror. Peut-être utile.

https://en.wikipedia.org/wiki/Widlar_current_source

— analogsystemsrf
source

Pourriez-vous ajouter quelques commentaires, comment cela fonctionnerait? Je n'arrive pas à exécuter cette simulation.

— Alex K

Ajustez l'Itol du simulateur, si nécessaire. Examinez également le facteur N utilisé dans Ic = e ^ (qv / Nkt). Le modèle pourrait avoir un commutateur entre N = 1 et N = 2 entre 1uA et 10pA.

— analogsystemsrf