pA-nA範囲で定電流シンクを作成する方法


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私は、テスト装置用の定電流シンクを作成する必要があります。-10pA -100pA -1nA -10nAの4つの別々の値を出力する必要があります。電流を少なくとも10〜20秒、できれば最大100秒まで持続させる必要があります。これらの電流値は非常に小さいので、トランジスタで単純な電流ミラーを使用することはできません。

このデバイスを作成する必要がある理由は、テストベンチ機器よりもはるかに小さく、ハンドヘルドだと考え、特定の電流値でのみ動作する必要があるためです。負荷もわかりません。これはソースです。問題ありませんか?

これまでのところ、私が思いついたのは、電圧ランプを使用してコンデンサー(Ic = C dv / dt)を充電して、電流を出力できるようにすることだけです。機械的なスイッチを使用して容量値を変更し、ランピング時間を同じに保ち、電流を4つの値の間で変更できるようにします。波形は鋸歯状である必要があり、1秒以内にランプアップします。私はノコギリ波や実際の電圧ランプを自分で作成する方法がわかりません。キャップから適切な電流を得るには、線形にする必要があります。

何か提案があれば教えて、他に伝えたかったことについて質問してください。これをすぐに理解したいと思います。

編集:うまくいけば、もう少し明確に


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あなたのタイトルは定電流を作る方法を尋ねます、そしてあなたのテキストはあなたが電流も出力しているデバイスのためにテスターを作りたいと言っています、それはそれも電流を供給していることを意味します。どっち?ランプはそれとどのように関係していますか?質問を修正してください。あなたが本当に何をしようとしているのかを理解できるように、いくつかのコンテキストを与えるのは良い考えです。
トランジスタ

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回路図を表示する必要があります。これに電圧ランプを使用することに疑問があります。どのように機能するかわかりませんので、回路図を示してください。また、独自のソリューションを作成する代わりに、他の設計(測定機器など)がこれをどのように行うかを調査する必要もあります。これは、フィールドや回路設計の経験がない場合に特に当てはまります。
Bimpelrekkie、

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電流源(またはシンク)は、低Ibオペアンプで作成できます。あなたが話す範囲では、それは特に難しいことではありません(室温のクリーンラボで)。しかし、水を濁す言葉がたくさんあります。おそらくもっと明確にしようとするのでしょうか?
Spehro Pefhany

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ええ、それはあなたがそれを解決する方法のようなアイデアを持っているようです(コンデンサを充電するために電圧供給を使用しているようです?)が、実際には、電圧供給は本質的に電流供給よりも簡単に構築できないことがわかります、そして正確な小型コンデンサを構築することは困難であり、ボードとコンポーネントの寄生容量がpA範囲で大きな役割を果たすことのない機械式スイッチを使用して何かを構築することは、さらに困難です。ですから、解決したいことをより詳細に説明し、明確に区別して、現在のアプローチについて話してください。
マーカス・ミュラー

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あなたはあなたの負荷が何であるか知っていますか?
電圧スパイク

回答:


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リニアには、興味深いNanoamp双方向電流ソースアプリケーションノートがあります。

ここに画像の説明を入力してください

図1.この回路は、CMOSオペアンプの入力バイアス電流が低いため、正確にナノアンペアの電流をソースおよびシンクします。バッファ付き差動アンプと積分器により、10メガオームの設定抵抗の両端の電圧が、どちらかの極性の制御入力電圧の1/1000になります。

提供される情報が不足しているため、これがアプリケーションに適しているかどうかを判断するのは困難です。ランプ生成や高精度コンデンサが不要という利点があります。


与えられたエラーは約10pAです...それは私が下端で必要とするであろう電流の量です。その小さな電流を出力するように変更できますか?
Alex K

オペアンプの入力インピーダンスが重要であることは、興味のあるレベルでしかわかりませんが、積分器にもその問題があるでしょう。私の検索で私はあなたの問題を簡単に見せるはずのフェムトアンペア電流源を見つけました。
トランジスタ

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@AlexKまあ、バイアス電流と温度の変化が原因で、ある時点で精度の問題が発生しますが、その10MΩを増やしてください。オペアンプの入力ステージには必然的にいくつかの整流特性があり、整流されたRFをpA電流に重ね合わせると問題が醜くなるため、ある時点で、RF誘導などについて本当に考え始める必要があることに注意してください。負荷はRF自体を気にしません。
マーカス・ミュラー

@AlexKより良いオペアンプを使用できます。一部は室温で最大25fAのIbで利用できますが、電源電圧maxは低く、Vosは高くなっています。10Mから100Mに増やすのは良い考えです。
Spehro Pefhany

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これを考えて

概略図

この回路のシミュレーションCircuitLabを使用して作成された回路

X = 1エミッタ領域の場合、Ic = 1uAで0.5ボルトVbeと仮定します。N(ダイオードの理想係数)が1のままであるとすると、10pA、つまり1uAより100,000低いと、Vbeは10分の1あたり0.058ボルト低くなります* log10(100,000)または

Vbe(10pA)= 0.500-(0.058v * 5)= 0.500-0.290 = 0.210ボルト

Q1のVbeになります。2つのトランジスタが両方ともx1領域(同じサイズのまま)であると仮定すると、Q2のVbeは0.5ボルトのままです。Q1のベースは0.500ボルトで、Q1のエミッターは0.290ボルトです。その0.290ボルトは、エミッタからGNDへの10MΩ抵抗R1の両端です。R1を通る電流は100nanoAmp / voltまたは29 nanoAmpsです。

その電流を1,000Xを超えて、要求された10picoAmpsに減らす必要があります。

そのための1つの方法は、Q1の上部とQ2のベースの間に抵抗分割器を使用することです。しかし、それはクルージです。

どんな精度でも、課題の一部は10pA * 10MegOhmは1e-11 * 1e + 7です

または1e-4 = 100マイクロボルト。

したがって、私は、OpAmpを使用して1nanoAmp電流を生成し、それを100:xの現在のコピー/スプリッターに供給することができると考えています。

概略図

この回路をシミュレート

Widlar Current Mirrorの理論と例を次に示します。おそらく便利です。

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


コメントをもう少し追加してもらえますか?そのシミュレーションを実行できません。
Alex K

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必要に応じて、シミュレータのItolを調整します。Ic = e ^(qv / Nkt)で使用されているNの係数も調べます。モデルには、1uAと10pAの間でN = 1とN = 2の間のスイッチがある場合があります。
analogsystemsrf 2018
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