So lassen Sie einen konstanten Strom im pA-nA-Bereich sinken

Ich habe die Aufgabe, einen Konstantstrom-SINK für ein Testgerät herzustellen. Es müssen 4 separate Werte ausgegeben werden, -10pA -100pA -1nA -10nA. Ich brauche den Strom für mindestens 10-20 Sekunden, vorzugsweise bis zu 100 Sekunden, wenn möglich. Diese Stromwerte sind sehr klein, so dass ich keinen einfachen Stromspiegel mit Transistoren verwenden kann.

Der Grund, warum ich dieses Gerät herstellen muss, ist, dass es viel kleiner als ein Prüfstandsinstrument sein muss, Handheld denken muss und nur für diese spezifischen aktuellen Werte funktionieren muss. Ich kenne auch die Last nicht, das ist eine Quelle, sollte es egal sein?

Bisher habe ich mir nur eine Spannungsrampe zum Laden eines Kondensators (Ic = C dv / dt) ausgedacht, damit dieser den Strom ausgeben kann. Ich würde einen mechanischen Schalter verwenden, um den Kapazitätswert zu ändern, damit die Anstiegszeit gleich bleibt und der Strom zwischen den 4 Werten geändert werden kann. Die Wellenform müsste ein Sägezahn sein, um in ~ 1 Sekunde wieder hochzufahren. Ich weiß nicht, wie ich selbst einen Sägezahn oder eine Spannungsrampe herstellen soll, und muss linear sein, um den richtigen Strom aus der Kappe zu erhalten.

Bitte geben Sie mir Vorschläge und stellen Sie Fragen zu allem, was ich vergessen habe, Ihnen zu sagen. Ich möchte dies bald herausfinden.

EDIT: hoffentlich ist es etwas klarer

operational-amplifier current-source integrator

— Alex K.
quelle

In Ihrem Titel wird gefragt, wie eine Konstantstromquelle erstellt werden soll, und in Ihrem Text wird angegeben, dass Sie einen Tester für ein Gerät erstellen möchten, das Strom ausgibt, was bedeutet, dass es auch Strom bezieht. Welches ist es? Was hat eine Rampe damit zu tun? Bitte beheben Sie die Frage. Es wäre eine gute Idee, einen Kontext anzugeben, damit wir verstehen können, was Sie wirklich versuchen.

— Transistor

Sie müssen einen Schaltplan zeigen. Ich habe meine Zweifel an der Verwendung einer Spannungsrampe dafür, ich sehe nicht, wie das funktionieren würde, also zeige einen Schaltplan. Sie sollten auch untersuchen, wie andere Konstruktionen (wie Messgeräte) dies tun, anstatt zu versuchen, eine eigene Lösung zu finden. Dies gilt insbesondere dann, wenn Sie im Bereich und / oder im Schaltungsdesign unerfahren sind.

— Bimpelrekkie

Eine Stromquelle (oder -senke) kann mit einem Operationsverstärker mit niedrigem Ib hergestellt werden. In dem Bereich, von dem Sie sprechen, ist es nicht besonders schwierig (in einem sauberen Labor bei Raumtemperatur). Aber es gibt viele Wörter, die das Wasser trüben. Vielleicht versuchen Sie klarer zu sein?

— Spehro Pefhany

Ja, es sieht so aus, als hätten Sie eine Idee (wie es scheint, eine Spannungsversorgung zum Laden von Kondensatoren zu verwenden?), Wie Sie das lösen können, aber Sie werden feststellen, dass Spannungsversorgungen von Natur aus nicht einfacher zu bauen sind als Stromversorgungen, und Noch schwieriger ist es, kleine präzise Kondensatoren zu bauen, und etwas mit mechanischen Schaltern zu bauen, bei denen die parasitäre Kapazität der Platine und der Komponenten im pA-Bereich keine große Rolle spielt. Beschreiben Sie also vielleicht genauer, was Sie lösen möchten , und sprechen Sie dann, klar markiert und getrennt, über Ihren aktuellen Ansatz.

— Marcus Müller

Wissen Sie, wie hoch Ihre Ladung ist?

— Spannungsspitze

Antworten:

Linear verfügt über einen Anwendungshinweis zur präzisen bidirektionalen Nanoamp-Stromquelle , der von Interesse sein kann.

Abbildung 1. Diese Schaltung liefert und senkt aufgrund des geringen Eingangsvorspannungsstroms der CMOS-Operationsverstärker nur Nanoampere Strom mit Präzision. Ein gepufferter Differenzverstärker und ein Integrator erzwingen, dass die Spannung an einem 10-Megaohm-Sollwiderstand in beiden Polaritäten 1/1000 der Steuereingangsspannung beträgt.

Ob dies für Ihre Anwendung geeignet ist, ist aufgrund fehlender Informationen schwer zu sagen. Es hat den Vorteil, dass keine Rampenerzeugung oder Präzisionskondensatoren erforderlich sind.

— Transistor
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Der angegebene Fehler liegt bei 10pA ... so viel Strom würde ich am unteren Ende benötigen. Könnte es geändert werden, um diesen geringen Strom auszugeben?

— Alex K

Ich habe keine andere Ahnung als auf den Ebenen, an denen Sie interessiert sind, dass die Eingangsimpedanz der Operationsverstärker kritisch wäre, aber Sie hätten dieses Problem auch mit dem Integrator. Bei meiner Suche habe ich eine Stromquelle für Femtoampere gefunden, die Ihre Probleme leicht aussehen lassen sollte.

— Transistor

@AlexK Nun, irgendwann geraten Sie aufgrund von Vorspannungsströmen und Temperaturänderungen in Genauigkeitsprobleme und erhöhen diese 10 MΩ. Beachten Sie, dass Sie irgendwann wirklich über HF-Induktion und dergleichen nachdenken müssen, da die Eingangsstufen der Operationsverstärker zwangsläufig einige Gleichrichtereigenschaften aufweisen und die Dinge hässlich werden, wenn Sie eine gleichgerichtete HF einem pA-Strom überlagern, selbst wenn Ihre Die Last kümmert sich nicht um RF selbst.

— Marcus Müller

@AlexK Sie können einen besseren Operationsverstärker verwenden. Einige sind mit 25 fA max Ib bei Raumtemperatur erhältlich, jedoch ist die maximale Versorgungsspannung geringer und Vos höher. Es ist eine gute Idee, die 10M auf 100M zu erhöhen.

— Spehro Pefhany

Beachten Sie dies

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Angenommen, 0,5 Volt Vbe für Ic = 1 uA, für X = 1 Emitterfläche. Angenommen, der N (Diodenidealitätsfaktor) bleibt 1, dann ist der Vbe bei 10 pA oder 100.000 niedriger als 1 uA um 0,058 Volt pro Jahrzehnt * log10 (100.000) oder niedriger

Vbe (10 pA) = 0,500 - (0,058 V · 5) = 0,500 - 0,290 = 0,210 Volt

Das wäre das Vbe von Q1. Angenommen, die beiden Transistoren haben beide eine x1-Fläche (sie bleiben gleich groß), beträgt Vbe von Q2 immer noch 0,5 Volt. Die Basis von Q1 liegt bei 0,500 Volt und der Emitter von Q1 bei 0,290 Volt. Diese 0,290 Volt liegen über dem 10-MegOhm-Widerstand R1 vom Emitter zum GND. Der Strom durch R1 beträgt 100 Nanoampere / Volt oder 29 Nanoampere.

Wir müssen diesen Strom um das 1.000-fache auf Ihre gewünschten 10picoAmps reduzieren.

Eine Möglichkeit, dorthin zu gelangen, besteht darin, einen Widerstandsteiler zwischen der Oberseite von Q1 und der Basis von Q2 zu verwenden. Aber das ist ein Kluge.

Ein Teil der Herausforderung für jede Genauigkeit ist 10pA * 10MegOhm ist 1e-11 * 1e + 7

oder 1e-4 = 100 Mikrovolt.

Ich denke also, Sie können die OpAmps verwenden, um 1nanoAmp-Strom zu erzeugen und diesen also in den 100: x-Stromkopierersplitter einzuspeisen

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Hier ist die Widlar Current Mirror Theorie und Beispiele. Vielleicht nützlich.

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

— analogsystemsrf
quelle

Könnten Sie noch einige Kommentare hinzufügen, wie das funktionieren würde? Ich kann diese Simulation nicht zum Laufen bringen.

— Alex K

Passen Sie das Itol des Simulators nach Bedarf an. Untersuchen Sie auch, welcher Faktor von N in Ic = e ^ (qv / Nkt) verwendet wird. Könnte sein, dass das Modell einen Schalter zwischen N = 1 und N = 2 zwischen 1uA und 10pA hat.

— Analogsystemsrf