Cara membuat sink arus konstan dalam kisaran pA-nA

Saya bertugas membuat SINK arus konstan untuk perangkat pengujian. Ini harus mengeluarkan 4 nilai terpisah, -10pA -100pA -1nA -10nA. Saya membutuhkan arus untuk bertahan setidaknya 10-20 detik, lebih disukai hingga 100 detik jika memungkinkan. Nilai saat ini sangat kecil sehingga saya tidak akan dapat menggunakan cermin arus sederhana dengan transistor.

Alasan saya perlu membuat perangkat ini adalah ia harus jauh lebih kecil daripada instrumen tes bangku, berpikir genggam, dan hanya perlu bekerja untuk nilai-nilai spesifik saat ini. Saya juga tidak tahu beban, ini adalah sumber, tidak masalah?

Sejauh ini, yang saya dapatkan hanyalah menggunakan ramp voltase untuk mengisi kapasitor (Ic = C dv / dt) sehingga dapat menghasilkan arus. Saya akan menggunakan saklar mekanik untuk mengubah nilai kapasitansi sehingga waktu ramping tetap sama dan arus dapat diubah di antara 4 nilai. Bentuk gelombang harus berupa gigi gergaji agar dapat kembali dalam ~ 1 detik. Saya tidak tahu bagaimana membuat gigi gergaji atau benar-benar ada jalan tegangan sendiri dan perlu linier untuk mendapatkan arus yang tepat dari tutupnya.

Tolong beri saya saran dan ajukan pertanyaan tentang apa pun yang saya lupa untuk memberitahu Anda, saya ingin mencari tahu ini segera.

EDIT: semoga sedikit lebih jelas

operational-amplifier current-source integrator

— Alex K
sumber

Judul Anda bertanya bagaimana membuat sumber arus konstan dan teks Anda mengatakan bahwa Anda ingin membuat penguji untuk perangkat yang menghasilkan arus yang berarti bahwa ia juga sumber arus. Yang mana itu? Apa kaitannya dengan ramp? Tolong perbaiki pertanyaannya. Ini akan menjadi ide yang bagus untuk memberikan konteks agar kami dapat memahami apa yang sebenarnya Anda coba lakukan.

— Transistor

Anda harus menunjukkan skema. Saya memiliki keraguan tentang penggunaan ramp tegangan untuk ini, saya tidak melihat bagaimana itu akan bekerja, jadi tunjukkan skema. Anda juga harus menyelidiki bagaimana desain lain (seperti peralatan pengukuran) melakukan ini alih-alih mencoba untuk membuat solusi Anda sendiri, itu terutama benar jika Anda tidak berpengalaman dalam bidang dan / atau desain sirkuit.

— Bimpelrekkie

Sumber arus (atau sink) dapat dibuat dengan op-amp rendah-Ib. Dalam rentang yang Anda bicarakan itu tidak terlalu sulit (di lab yang bersih pada suhu kamar). Tapi ada banyak kata di sana yang membuat air berlumpur. Mungkin mencoba menjadi lebih jelas?

— Spehro Pefhany

Yap, sepertinya Anda memiliki semacam ide (menggunakan suplai tegangan untuk mengisi kapasitor, tampaknya?) Bagaimana menyelesaikannya, tetapi sungguh, Anda akan menemukan bahwa suplai voltase secara inheren tidak mudah dibangun daripada suplai saat ini, dan bahwa membangun kapasitor presisi kecil itu sulit, dan membangun sesuatu dengan sakelar mekanis di mana papan dan kapasitansi parasit komponen tidak memainkan peran besar dalam rentang pA bahkan lebih menantang. Jadi, mungkin jelaskan apa yang ingin Anda selesaikan secara lebih rinci, dan kemudian, dengan jelas ditandai dan dipisahkan, bicarakan pendekatan Anda saat ini.

— Marcus Müller

Apakah Anda tahu apa beban Anda?

— Voltage Spike

Jawaban:

Linear memiliki catatan aplikasi Precision Nanoamp Bidirectional Current Source yang mungkin menarik.

Gambar 1. Sirkuit ini sumber dan tenggelam hanya nanoamps arus dengan presisi karena arus prategangan masukan CMOS op rendah. Sebuah penguat perbedaan buffer dan integrator memaksa tegangan melintasi resistor set 10 megaohm menjadi 1/1000 dari tegangan input kontrol di kedua polaritas.

Sulit untuk mengatakan apakah ini cocok untuk aplikasi Anda karena kurangnya informasi yang diberikan. Ini memiliki keuntungan karena tidak memerlukan generasi ramp atau kapasitor presisi.

— Transistor
sumber

kesalahan yang diberikan adalah sekitar 10pA ... berapa banyak arus yang saya perlukan di ujung bawah. Mungkinkah itu dimodifikasi untuk menghasilkan arus kecil?

— Alex K

Saya tidak tahu selain pada tingkat Anda tertarik bahwa impedansi input dari op-amp akan sangat penting tetapi Anda akan memiliki masalah dengan integrator juga. Dalam pencarian saya, saya menemukan sumber arus Femto ampere yang seharusnya membuat masalah Anda terlihat mudah.

— Transistor

@AlexK dengan baik, Anda pada suatu titik masuk ke masalah akurasi karena arus bias dan perubahan suhu dan yang lainnya, tapi tentu saja, meningkatkan 10 MΩ. Perhatikan bahwa pada titik tertentu, Anda benar - benar harus mulai berpikir tentang induksi RF dan semacamnya, karena tahap input opamps pasti memiliki beberapa karakteristik perbaikan dan segala sesuatunya menjadi jelek ketika Anda menambahkan RF yang diperbaiki ke arus pA, bahkan jika Anda memuat tidak peduli tentang RF itu sendiri.

— Marcus Müller

@AlexK Anda dapat menggunakan op-amp yang lebih baik, beberapa tersedia dengan 25fA max Ib pada suhu kamar, namun voltase catu daya max lebih sedikit dan Vos lebih tinggi. Meningkatkan 10M menjadi 100M adalah ide yang bagus.

— Spehro Pefhany

Perhatikan ini

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Asumsikan 0,5 volt Vbe untuk Ic = 1uA, untuk X = 1 area emitor. Asumsikan N (faktor idealitas dioda) tetap 1, kemudian pada 10pA, atau 100.000 lebih rendah dari 1uA, Vbe akan lebih rendah sebesar 0,058 volt per dekade * log10 (100.000) atau

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

yang akan menjadi Vbe Q1. Dengan asumsi kedua transistor sama-sama area x1 (mereka tetap ukuran yang sama), Vbe Q2 masih 0,5 volt. Basis Q1 berada pada 0,500 volt, dan emitor Q1 adalah 0,290 volt. 0,290 volt melintasi resistor 10MegOhm R1 dari Emitter ke GND. Arus melalui R1, adalah 100nanoAmp / volt atau 29 nanoAmps.

Kami perlu mengurangi arus lebih dari 1.000X, ke 10picoAmps yang Anda minta.

Salah satu cara untuk sampai ke sana adalah dengan menggunakan pembagi resistif antara bagian atas Q1 dan basis Q2. Tapi itu kluge.

Bagian dari tantangan, untuk akurasi apa pun, adalah 10pA * 10MegOhm adalah 1e-11 * 1e + 7

atau 1e-4 = 100 microVolt.

Jadi saya pikir Anda dapat menggunakan OpAmps untuk menghasilkan arus 1nanoAmp, dan memasukkannya ke dalam 100: x copyier-splitter saat ini, dengan demikian

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Berikut adalah teori dan contoh Widlar Current Mirror. Mungkin bermanfaat.

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

— analogsystemsrf
sumber

Bisakah Anda menambahkan beberapa komentar lagi, bagaimana cara kerjanya? Saya tidak bisa menjalankan simulasi itu.

— Alex K

Sesuaikan Itol simulator, sesuai kebutuhan. Juga periksa faktor N apa yang digunakan dalam Ic = e ^ (qv / Nkt). Bisa jadi model memiliki saklar antara N = 1 dan N = 2 antara 1uA dan 10pA.

— analogsystemsrf