Como fazer um coletor de corrente constante na faixa pA-nA

Tenho a tarefa de fazer um SINK de corrente constante para um dispositivo de teste. Ele deve gerar 4 valores separados, -10pA -100pA -1nA -10nA. Preciso que a corrente dure pelo menos 10 a 20 segundos, de preferência até 100 segundos, se possível. Esses valores atuais são muito pequenos, então não poderei usar um espelho de corrente simples com transistores.

A razão pela qual eu preciso fabricar esse dispositivo é que ele precisa ser muito menor que um instrumento de bancada de testes, pensar no computador de mão e só precisa trabalhar com esses valores atuais específicos. Eu também não sei a carga, esta é uma fonte, não deveria importar?

Até agora, tudo o que descobri é usar uma rampa de tensão para carregar um capacitor (Ic = C dv / dt) para que ele possa produzir a corrente. Eu usaria um interruptor mecânico para alterar o valor da capacitância, para que o tempo de rampa permaneça o mesmo e a corrente possa ser alterada entre os 4 valores. A forma de onda precisaria ser um dente de serra para acelerar em ~ 1 segundo. Eu não sei como fazer um dente de serra ou realmente aumentar a tensão e preciso que ele seja linear para obter a corrente adequada da tampa.

Por favor, me dê alguma sugestão e faça perguntas sobre o que mais eu esqueci de lhe dizer, gostaria de descobrir isso em breve.

EDIT: espero que seja um pouco mais claro

operational-amplifier current-source integrator

— Alex K
fonte

Seu título pergunta como criar uma fonte de corrente constante e seu texto diz que você deseja fazer um testador para um dispositivo que produza corrente, o que significa que ele também está fornecendo uma corrente. Qual é? O que uma rampa tem a ver com isso? Corrija a pergunta. Seria uma boa ideia dar algum contexto para que possamos entender o que você realmente está tentando fazer.

— Transistor

Você tem que mostrar um esquema. Eu tenho minhas dúvidas sobre o uso de uma rampa de tensão para isso, não vejo como isso funcionaria, então mostre um esquema. Você também deve investigar como outros projetos (como equipamentos de medição) fazem isso em vez de tentar criar sua própria solução, o que é especialmente verdadeiro se você não tem experiência no campo e / ou no projeto de circuitos.

— Bimpelrekkie

Uma fonte de corrente (ou coletor) pode ser criada com um amplificador operacional de baixo Ib. No intervalo em que você fala, não é particularmente difícil (em um laboratório limpo à temperatura ambiente). Mas há muitas palavras lá que turvam as águas. Talvez tente ser mais claro?

— Spehro Pefhany 6/08/08

Sim, parece que você tem algum tipo de idéia (usando uma fonte de tensão para carregar capacitores, parece?) Como resolver isso, mas, na verdade, você verá que as fontes de tensão não são inerentemente mais fáceis de construir do que as fontes atuais, e é difícil construir capacitores pequenos e precisos, e construir algo com interruptores mecânicos em que a capacitância parasita da placa e do componente não desempenha um papel importante na faixa de pA é ainda mais desafiadora. Então, talvez descreva o que você deseja resolver com mais detalhes e, claramente marcado e separado, fale sobre sua abordagem atual.

— Marcus Müller

Você sabe qual é a sua carga?

— Voltage Spike

Respostas:

Linear tem uma nota de aplicação Fonte de corrente bidirecional Precision Nanoamp que pode ser interessante.

Figura 1. Este circuito gera e afunda apenas nanoamp de corrente com precisão devido à baixa corrente de polarização de entrada dos amplificadores operacionais do CMOS. Um amplificador de diferença com buffer e um integrador forçam a tensão através de um resistor de 10 megaohm a ser 1/1000 da tensão de entrada de controle em qualquer polaridade.

É difícil dizer se isso é adequado para a sua aplicação devido à falta de informações fornecidas. Tem a vantagem de não exigir geração de rampa ou capacitores de precisão.

— Transistor
fonte

erro dado é de cerca de 10pA ... é a quantidade de corrente que eu precisaria na extremidade inferior. Poderia ser modificado para produzir essa pouca corrente?

— Alex K

Não tenho outra idéia senão nos níveis em que você está interessado que a impedância de entrada dos amplificadores operacionais seria crítica, mas você também teria esse problema com o integrador. Na minha pesquisa, encontrei a fonte atual Femto ampere, que deve fazer com que seus problemas pareçam fáceis.

— Transistor

@ Alex bem, em algum momento você entra em problemas de precisão devido a correntes de polarização e mudanças de temperatura e outros enfeites, mas com certeza aumentam esses 10 MΩ. Observe que, em algum momento, você realmente precisará começar a pensar na indução de RF e tal, porque os estágios de entrada dos opamps inevitavelmente têm algumas características de retificação e as coisas ficam feias quando você sobrepõe um RF retificado a uma corrente pA, mesmo se o seu A carga não se importa com a própria RF.

— Marcus Müller

@AlexK Você pode usar um amplificador operacional melhor, alguns estão disponíveis com 25fA max Ib à temperatura ambiente, no entanto, a tensão máxima da fonte de alimentação é menor e o Vos é maior. Aumentar os 10 milhões para 100 milhões é uma boa ideia.

— Spehro Pefhany

Cnsider this

esquemático

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Suponha 0,5 volts Vbe para Ic = 1uA, para X = 1 área do emissor. Suponha que o N (fator de idealidade do diodo) permaneça 1 e, em 10pA, ou 100.000 inferior a 1uA, o Vbe será menor em 0,058 volts por década * log10 (100.000) ou

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

qual seria o Vbe do primeiro trimestre. Supondo que os dois transistores tenham área x1 (eles permanecem do mesmo tamanho), o Vbe do Q2 ainda é de 0,5 volts. A base de Q1 é de 0,500 volts e o emissor de Q1 é de 0,290 volts. Esses 0,290 volts estão no resistor R1 de 10MegOhm do emissor ao GND. A corrente através de R1 é 100nanoAmp / volt ou 29 nanoAmps.

Precisamos reduzir essa corrente em mais de 1.000X para os 10picoAmps solicitados.

Uma maneira de chegar lá é usar um divisor resistivo entre o topo do Q1 e a base do Q2. Mas isso é um kluge.

Parte do desafio, para qualquer precisão, é 10pA * 10MegOhm é 1e-11 * 1e + 7

ou 1e-4 = 100 microVolts.

Então, eu estou pensando que você pode usar o OpAmps para gerar corrente de 1nanoAmp e alimentá-lo em 100: x atual copiador-divisor, assim

esquemático

^{simule este circuito}

Aqui está a teoria e exemplos de Widlar Current Mirror. Talvez seja útil.

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

— analogsystemsrf
fonte

Você poderia adicionar mais alguns comentários, como isso funcionaria? Não consigo executar essa simulação.

— Alex K #

Ajuste o Itol do simulador, conforme necessário. Examine também qual fator de N é usado em Ic = e ^ (qv / Nkt). Pode ser que o modelo tenha um interruptor entre N = 1 e N = 2 entre 1uA e 10pA.

— Analogsystemsrf