Come fare un affondamento di corrente costante nell'intervallo pA-nA

Ho il compito di realizzare un SINK a corrente costante per un dispositivo di test. Deve emettere 4 valori separati, -10pA -100pA -1nA -10nA. Ho bisogno che la corrente duri per almeno 10-20 secondi, preferibilmente fino a 100 secondi se possibile. Questi valori correnti sono molto piccoli, quindi non sarò in grado di utilizzare un semplice mirror corrente con transistor.

Il motivo per cui ho bisogno di realizzare questo dispositivo è che deve essere molto più piccolo di uno strumento da banco di prova, pensa al palmare e deve funzionare solo per quei valori di corrente specifici. Inoltre non conosco il carico, questa è una fonte, non dovrebbe importare?

Finora, tutto quello che ho pensato è usare una rampa di tensione per caricare un condensatore (Ic = C dv / dt) in modo che possa emettere corrente. Vorrei utilizzare un interruttore meccanico per modificare il valore di capacità in modo che il tempo di rampa rimanga lo stesso e la corrente possa essere cambiata tra i 4 valori. La forma d'onda dovrebbe essere a dente di sega in modo da risalire in ~ 1 secondo. Non so come fare da solo un dente di sega o una vera rampa di tensione e ho bisogno che sia lineare in modo da ottenere la corrente corretta dal cappuccio.

Per favore, dammi qualche suggerimento e fai domande su qualsiasi altra cosa che ho dimenticato di dirti, vorrei scoprirlo presto.

EDIT: si spera che sia un po 'più chiaro

operational-amplifier current-source integrator

— Alex K
fonte

Il tuo titolo ti chiede come creare una fonte di corrente costante e il tuo testo dice che vuoi fare un tester per un dispositivo che emette corrente, il che significa che sta alimentando anche una corrente. Cos'è questo? Cosa c'entra una rampa con essa? Si prega di risolvere la domanda. Sarebbe una buona idea dare un po 'di contesto in modo che possiamo capire cosa stai davvero cercando di fare.

— Transistor

Devi mostrare uno schema. Ho i miei dubbi sull'utilizzo di una rampa di tensione per questo, non vedo come funzionerebbe, quindi mostra uno schema. Dovresti anche indagare su come altri progetti (come le apparecchiature di misurazione) fanno questo invece di provare a creare la tua soluzione, questo è particolarmente vero se sei inesperto nel campo e / o nella progettazione di circuiti.

— Bimpelrekkie,

Una sorgente (o sink) corrente può essere creata con un amplificatore operazionale a basso Ib. Nella gamma di cui parli non è particolarmente difficile (in un laboratorio pulito a temperatura ambiente). Ma ci sono molte parole lì che confondono le acque. Forse prova ad essere più chiaro?

— Spehro Pefhany,

Sì, sembra che tu abbia qualche idea (usando un alimentatore di tensione per caricare i condensatori, sembra?) Come risolverlo, ma in realtà scoprirai che gli alimentatori di tensione non sono intrinsecamente più facili da costruire rispetto agli alimentatori attuali, e che costruire piccoli condensatori precisi sia difficile e che costruire qualcosa con interruttori meccanici in cui la capacità parassita della scheda e dei componenti non gioca un ruolo importante nella gamma di pA è ancora più impegnativo. Quindi, forse descrivi ciò che vuoi risolvere in modo più dettagliato e poi, chiaramente contrassegnato e separato, parla del tuo attuale approccio.

— Marcus Müller,

Sai qual è il tuo carico?

— Picco di tensione

Risposte:

Linear ha una nota di applicazione della sorgente di corrente bidirezionale di precisione Nanoamp che potrebbe essere di interesse.

Figura 1. Questo circuito alimenta e affonda con precisione solo nanoamps di corrente a causa della bassa corrente di polarizzazione in ingresso degli amplificatori operazionali CMOS. Un amplificatore di differenza bufferizzato e un integratore forzano la tensione attraverso un resistore impostato da 10 megaohm a 1/1000 della tensione di ingresso di controllo in entrambe le polarità.

È difficile dire se questo sia adatto alla propria applicazione a causa della mancanza di informazioni fornite. Ha il vantaggio di non richiedere alcuna generazione di rampa o condensatori di precisione.

— Transistor
fonte

l'errore dato è di circa 10pA ... ecco quanta corrente avrei bisogno sull'estremità inferiore. Potrebbe essere modificato per produrre quella poca corrente?

— Alex K,

Non ho idea se non ai livelli a cui sei interessato che l'impedenza di ingresso degli amplificatori operazionali sarebbe critica ma che avresti questo problema anche con l'integratore. Nella mia ricerca ho trovato la fonte attuale di Femto ampere che dovrebbe rendere i tuoi problemi facili da risolvere.

— Transistor

@AlexK bene, a un certo punto ti imbatti in problemi di precisione a causa delle correnti di polarizzazione e dei cambiamenti di temperatura e quant'altro, ma certo, aumenta di 10 MΩ. Nota che a un certo punto, dovrai davvero iniziare a pensare all'induzione RF e così via, perché gli stadi di input degli opamp hanno inevitabilmente alcune caratteristiche di rettifica e le cose diventano brutte quando sovrapponi una RF rettificata a una corrente pA, anche se il tuo il carico non si preoccupa della RF stessa.

— Marcus Müller,

@AlexK È possibile utilizzare un amplificatore operazionale migliore, alcuni sono disponibili con 25fA max Ib a temperatura ambiente, tuttavia la tensione di alimentazione massima è inferiore e Vos è maggiore. Aumentare da 10 a 100 milioni è una buona idea.

— Spehro Pefhany,

Consideralo

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Supponiamo 0,5 volt Vbe per Ic = 1uA, per X = 1 area dell'emettitore. Supponiamo che N (fattore di idealità del diodo) rimanga 1, quindi a 10pA, o 100.000 inferiore a 1uA, il Vbe sarà inferiore di 0,058volts per decennio * log10 (100.000) o

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

quale sarebbe il Vbe di Q1. Supponendo che i due transistor siano entrambi area x1 (rimangono le stesse dimensioni), Vbe di Q2 è ancora 0,5 volt. La base di Q1 è a 0,500 volt e l'emettitore di Q1 è 0,290 volt. Che 0,290 volt è attraverso il resistore 10MegOhm R1 da Emettitore a GND. La corrente attraverso R1 è 100nanoAmp / volt o 29 nanoAmps.

Dobbiamo ridurre quella corrente di oltre 1.000X, ai 10picoAmps richiesti.

Un modo per arrivarci è usare un divisore resistivo tra la parte superiore di Q1 e la base di Q2. Ma quello è un kluge.

Parte della sfida, per qualsiasi precisione, è 10pA * 10MegOhm è 1e-11 * 1e + 7

o 1e-4 = 100 microVolt.

Quindi sto pensando che puoi usare OpAmps per generare corrente 1nanoAmp e inserirla in 100: x attuale copiatrice-splitter, quindi

schematico

^{simula questo circuito}

Ecco la teoria e gli esempi di Widlar Current Mirror. Forse utile.

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

— analogsystemsrf
fonte

Potresti aggiungere altri commenti, come funzionerebbe? Non riesco a far funzionare quella simulazione.

— Alex K,

Regola l'Itol del simulatore, se necessario. Esamina anche quale fattore di N è usato in Ic = e ^ (qv / Nkt). Potrebbe essere il modello ha un interruttore tra N = 1 e N = 2 tra 1uA e 10pA.

— analogsystemsrf