Làm thế nào để tạo ra dòng chìm liên tục trong phạm vi pA-nA

Tôi được giao nhiệm vụ tạo ra một SINK hiện tại liên tục cho một thiết bị thử nghiệm. Nó phải xuất 4 giá trị riêng biệt, -10pA -100pA -1nA -10nA. Tôi cần dòng điện kéo dài ít nhất 10-20 giây, tốt nhất là tối đa 100 giây nếu có thể. Các giá trị hiện tại này rất nhỏ nên tôi sẽ không thể sử dụng gương hiện tại đơn giản với bóng bán dẫn.

Lý do tôi cần làm cho thiết bị này là nó cần nhỏ hơn nhiều so với dụng cụ thử nghiệm, nghĩ rằng cầm tay và chỉ cần hoạt động cho các giá trị hiện tại cụ thể đó. Tôi cũng không biết tải, đây là một nguồn, nó có nên không?

Cho đến nay, tất cả những gì tôi nghĩ ra là sử dụng một đường nối điện áp để sạc tụ điện (Ic = C dv / dt) để nó có thể tạo ra dòng điện. Tôi sẽ sử dụng một công tắc cơ học để thay đổi giá trị điện dung để thời gian gia công giữ nguyên và dòng điện có thể thay đổi giữa 4 giá trị. Dạng sóng sẽ cần là một răng cưa để tăng tốc trở lại trong ~ 1 giây. Tôi không biết làm thế nào để tạo ra một răng cưa hoặc thực sự bất kỳ đường nối điện áp nào và cần nó là tuyến tính để có được dòng điện thích hợp từ nắp.

Vui lòng cho tôi bất kỳ đề xuất nào và đặt câu hỏi về bất cứ điều gì khác mà tôi quên nói với bạn, tôi muốn sớm tìm ra điều này.

EDIT: hy vọng nó rõ ràng hơn một chút

operational-amplifier current-source integrator

— Alex K
nguồn

Tiêu đề của bạn hỏi làm thế nào để tạo một nguồn hiện tại không đổi và văn bản của bạn nói rằng bạn muốn tạo một người kiểm tra cho một thiết bị tạo ra dòng điện, điều đó có nghĩa là nó cũng đang cung cấp một dòng điện. Đó là cái gì Những gì có một đoạn đường nối phải làm với nó? Vui lòng sửa câu hỏi. Sẽ là một ý tưởng tốt để đưa ra một số bối cảnh để chúng tôi có thể hiểu những gì bạn đang thực sự cố gắng làm.

— Transitor

Bạn phải hiển thị một sơ đồ. Tôi nghi ngờ về việc sử dụng một đường nối điện áp cho việc này, tôi không thấy nó sẽ hoạt động như thế nào để hiển thị sơ đồ. Bạn cũng nên điều tra cách các thiết kế khác (như thiết bị đo lường) thực hiện việc này thay vì cố gắng tạo ra giải pháp của riêng bạn, điều này đặc biệt đúng nếu bạn không có kinh nghiệm trong lĩnh vực và / hoặc thiết kế mạch.

— Bimpelrekkie

Một nguồn hiện tại (hoặc chìm) có thể được tạo ra với op-amp Ib thấp. Trong phạm vi bạn nói về nó không quá khó (trong phòng thí nghiệm sạch ở nhiệt độ phòng). Nhưng có rất nhiều từ đó làm vẩn đục nước. Có lẽ cố gắng để rõ ràng hơn?

— Spehro Pefhany

Đúng, có vẻ như bạn có một số ý tưởng (sử dụng nguồn cung cấp điện áp để sạc tụ điện, có vẻ như vậy?) Làm thế nào để giải quyết điều đó, nhưng thực sự, bạn sẽ thấy rằng nguồn cung cấp điện áp vốn không dễ chế tạo hơn nguồn cung cấp hiện tại, và việc xây dựng các tụ điện chính xác nhỏ là khó, và việc xây dựng một cái gì đó bằng các công tắc cơ học trong đó điện dung ký sinh của bảng và thành phần không đóng vai trò lớn trong phạm vi pA thậm chí còn khó khăn hơn. Vì vậy, có thể mô tả những gì bạn muốn giải quyết chi tiết hơn, và sau đó, được đánh dấu rõ ràng và tách biệt, nói về cách tiếp cận hiện tại của bạn.

— Marcus Müller

Bạn có biết tải của bạn là gì không?

— Điện áp tăng đột biến

Câu trả lời:

Tuyến tính có ghi chú ứng dụng Nguồn hiện tại hai chiều chính xác Nanoamp có thể được quan tâm.

Hình 1. Nguồn mạch này và chỉ chìm các dòng nano với độ chính xác do dòng điện phân cực đầu vào thấp của các ampe kế op. Bộ khuếch đại chênh lệch bộ đệm và bộ tích hợp buộc điện áp trên điện trở đặt 10 megaohm bằng 1/1000 điện áp đầu vào điều khiển ở cả hai cực.

Điều này có phù hợp với ứng dụng của bạn hay không là điều khó nói do thiếu thông tin được cung cấp. Nó có lợi thế là không yêu cầu bất kỳ tụ điện thế hệ hoặc tụ điện chính xác.

— Transitor
nguồn

lỗi đưa ra là khoảng 10pA ... đó là mức độ hiện tại tôi cần ở cấp thấp hơn. Nó có thể được sửa đổi để đầu ra hiện tại ít?

— Alex K

Tôi không có ý tưởng nào khác ngoài các cấp độ mà bạn quan tâm rằng trở kháng đầu vào của op-amps sẽ rất quan trọng nhưng bạn cũng sẽ gặp vấn đề đó với bộ tích hợp. Trong tìm kiếm của tôi, tôi đã tìm thấy nguồn hiện tại Femto ampere , điều này sẽ làm cho vấn đề của bạn trở nên dễ dàng.

— Transitor

@AlexK tốt, đôi khi bạn gặp vấn đề về độ chính xác do dòng điện thiên vị và thay đổi nhiệt độ và không có gì, nhưng chắc chắn, tăng 10 MΩ. Lưu ý rằng tại một số điểm, bạn sẽ thực sự cần phải bắt đầu nghĩ về cảm ứng RF và như vậy, bởi vì các giai đoạn đầu vào của opamp chắc chắn có một số đặc điểm khắc phục và mọi thứ trở nên xấu khi bạn đặt RF chỉnh lưu lên dòng điện pA, ngay cả khi tải không quan tâm đến chính RF.

— Marcus Müller

@AlexK Bạn có thể sử dụng op-amp tốt hơn, một số có sẵn với Ib tối đa 25fA ở nhiệt độ phòng, tuy nhiên điện áp cung cấp tối đa ít hơn và Vos cao hơn. Tăng 10M lên 100M là một ý tưởng tốt.

— Spehro Pefhany

Cnsider này

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Giả sử 0,5 volt Vbe cho Ic = 1uA, cho khu vực phát X = 1. Giả sử N (hệ số lý tưởng diode) vẫn là 1, sau đó ở mức 10pA, hoặc thấp hơn 100.000 so với 1uA, Vbe sẽ thấp hơn 0,058volts mỗi thập kỷ * log10 (100.000) hoặc

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

đó sẽ là Vbe của Q1. Giả sử hai bóng bán dẫn đều có diện tích x1 (chúng vẫn giữ nguyên kích thước), Vbe của Q2 vẫn là 0,5 volt. Cơ sở của Q1 là 0,500 volt và bộ phát của Q1 là 0,290 volt. Công suất 0,290 volt đó nằm trên điện trở R1 10MegOhm từ Emitter đến GND. Thông qua hiện tại R1, là 100nanoAmp / volt hoặc 29 nanoAmps.

Chúng tôi cần giảm hơn 1.000 lần hiện tại xuống 10picoAmps bạn yêu cầu.

Một cách để đạt được điều đó là sử dụng một bộ chia điện trở giữa đỉnh Q1 và cơ sở của Q2. Nhưng đó là một kluge.

Một phần của thử thách, đối với bất kỳ độ chính xác nào, là 10pA * 10MegOhm là 1e-11 * 1e + 7

hoặc 1e-4 = 100 microVolts.

Vì vậy, tôi nghĩ rằng bạn có thể sử dụng OpAmps để tạo dòng điện 1nanoAmp và cung cấp nguồn đó vào bộ tách bản sao hiện tại 100: x

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này}

Dưới đây là lý thuyết và ví dụ về Widlar Current Mirror. Có lẽ hữu ích.

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

— hệ thống tương tự
nguồn

Bạn có thể thêm một số ý kiến, làm thế nào sẽ làm việc? Tôi không thể chạy mô phỏng đó.

— Alex K

Điều chỉnh Itol của trình giả lập, nếu cần. Đồng thời kiểm tra yếu tố nào của N được sử dụng trong Ic = e ^ (qv / Nkt). Có thể mô hình có một chuyển đổi giữa N = 1 và N = 2 giữa 1uA và 10pA.

— analogsystemsrf