| |
 Схема измерения малых токов, до 100 фА |
|
|
|
|
 Oct 31 2010, 13:36
|
Группа: Участник
Сообщений: 11
Регистрация: 26-10-10
Пользователь №: 60 417
|
Занимаюсь разработкой установки для исследования МДП-структур, требуется измерять постоянный ток от 100 до 2000 фА. По сути имеется высокоомный (порядка 1 ГОм) источник тока, дающий описанный выше диапазон токов. Пока предполагается подключать этот источник к инвертирующему входу ОУ, а в цепи обратной связи (выход - инвертирующий вход) вешать 1-10 МОм сопротивление. Неинвертирующий вход заземлять. С выхода ОУ сигнал будет идти на 24-разрядный АЦП (частота среза порядка 10Гц). Температурный режим работы порядка 0-30 °С. Интересует насколько подобная схема может шуметь и удастся ли за шумами разглядеть полезный сигнал, а также другие схемотехнические решения измерения малого постоянного тока.
|
|
|
|
|
|
2 страниц 
1 2 >
|
 |
Ответов
(1 - 14)
|
|
Oct 31 2010, 16:10
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 752
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 883
|
Цитата(nananan @ Oct 31 2010, 16:36)  Занимаюсь разработкой установки для исследования МДП-структур, требуется измерять постоянный ток от 100 до 2000 фА. По сути имеется высокоомный (порядка 1 ГОм) источник тока, дающий описанный выше диапазон токов. Пока предполагается подключать этот источник к инвертирующему входу ОУ, а в цепи обратной связи (выход - инвертирующий вход) вешать 1-10 МОм сопротивление. Ну и сколько Вы получите на 10 мегаомах? От 1 до 20 микровольт. Если вспомнить смещение нуля, его дрейф и шумы, то будет смешно. Есть, конечно с нулевым дрейфом... Я вот сделала... На IVC102. Схема очень простая - на выходе оконный компаратор, который открывает ворота для прохода импульсов на счетчик. Точность была... точно уже не помню.. лучше десятой процента. Входной ток IVC102 порядка 30 фА, но он очень стабильный, поэтому можно было опуститься до аттоамперного диапазона. Прикинем. Емкость самого мелкого конденсатора порядка 10 пФ. Пусть диапазон интегрирования 5 вольт. Тогда время интегрирования будет 25 секунд при токе 2 пА. Плата на фторопласте ФАФ-4. Кольца, экраны....
|
|
|
|
|
|
|
|
Oct 31 2010, 16:55
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 752
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 883
|
Цитата(zzzzzzzz @ Oct 31 2010, 19:30) А воздух-то откачивали? А то утренний бриз от Атлантики и чих соседа может подпортить измерения фА, не говоря уж про аА  Если воздух откачать, то может быть даже хуже. Воздух очень хороший изолятор. Ничего не откачивали, гелием не продували. Цитата(YIG @ Oct 31 2010, 19:36) Да уж, тут лучше всего перейти на переменное напряжение с окварцованной частотой (дабы полосовой фильтр применить): измерение - КЗ. Тогда все эти бяки не так сильно страшны! Тоже своего рода классика жанра...
Разумеется, всё в аргоне и на керамике или фторопласте!!! Был ( может, и делают еще? ) измеритель малых токов для хроматографии - для пламенно-ионизационного детектора. Там вибрирующий конденсатор стоял, куда текли измерительный и компенсирующий токи. Потом синхронный детектор и усилитель довольно высоковольтный, выход которого через резистор давал компенсирующий ток. Ничего там особенного не было... Только вход конденсатора через кусочек янтаря... Резисторы большие такие в стекле на тефлоне.
|
|
|
|
|
|
|
|
Nov 1 2010, 13:20
|
Группа: Участник
Сообщений: 11
Регистрация: 26-10-10
Пользователь №: 60 417
|
Цитата(vvs157 @ Oct 31 2010, 17:56) Найдите где-нибудь В7-30. Сэкономите много времени.
Из новых - В7-45, В7-49, В7-57 К сожалению в хедпосте я не уточнил, что это установка должна быть мобильной и миниатюрной, ибо это одно из условий дипломной работы. Подобные агрегаты в лаборатории имеются. Цитата(Tanya) Ну и сколько Вы получите на 10 мегаомах?
От 1 до 20 микровольт. Если вспомнить смещение нуля, его дрейф и шумы, то будет смешно. Есть, конечно с нулевым дрейфом...
Я вот сделала... На IVC102. Схема очень простая - на выходе оконный компаратор, который открывает ворота для прохода импульсов на счетчик. Точность была... точно уже не помню.. лучше десятой процента. Входной ток IVC102 порядка 30 фА, но он очень стабильный, поэтому можно было опуститься до аттоамперного диапазона.
Прикинем. Емкость самого мелкого конденсатора порядка 10 пФ. Пусть диапазон интегрирования 5 вольт. Тогда время интегрирования будет 25 секунд при токе 2 пА.
Плата на фторопласте ФАФ-4. Кольца, экраны.... С 10 МОм я конечно погорячился, вероятно придется брать под 1ГОм (тогда примерно 100 мкВ - 2мВ). На счет IVC102 - там в даташите указывается довольно сильное колебание входного тока от температуры. На моем температурном диапазоне порядка 30 - 100 фА, то есть порядка 30 - 100 мкВ. Вы делали термоизоляцию платы или образцы микросхем давали бОльшую стабильность, чем описано в даташите? Вариант с IVC102 интересный, но мне бы лучше использовать преобразователь ток-напряжение, ибо уже имеется ацп с разрешением с учетом шумов порядка 1 мкВ и не хочется усложнять схему. Посмотрел предложенные ОУ и накопал вот такой вариант: LMP7721. Там входной ток порядка 3 фА и напряжение смещения порядка 150 мкВ. Ток входной дрейфует несильно. Напряжение смещения порядка 1.5 мкВ/°С. Проблема только в температурной стабильности на небольшой период времени. Плата будет помещаться в герметичный корпус и измерения будут проводится в комнатных условиях. Мне кажется, что сильного дрейфа температурных параметров в отрезок 5-10 мин. в таких условиях быть не должно. Из всех шумов я так понимаю будет преобладать шум 1ГОм резистора. В связи с этим возникает вопрос: где можно приобрести или из чего изготовить хорошее сопротивление подобного номинала.
|
|
|
|
|
|
|
|
Nov 1 2010, 15:14
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 8 752
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 883
|
Цитата(nananan @ Nov 1 2010, 16:20) С 10 МОм я конечно погорячился, вероятно придется брать под 1ГОм (тогда примерно 100 мкВ - 2мВ). На счет IVC102 - там в даташите указывается довольно сильное колебание входного тока от температуры. На моем температурном диапазоне порядка 30 - 100 фА, то есть порядка 30 - 100 мкВ. Вы делали термоизоляцию платы или образцы микросхем давали бОльшую стабильность, чем описано в даташите? Вариант с IVC102 интересный, но мне бы лучше использовать преобразователь ток-напряжение, ибо уже имеется ацп с разрешением с учетом шумов порядка 1 мкВ и не хочется усложнять схему.
В связи с этим возникает вопрос: где можно приобрести или из чего изготовить хорошее сопротивление подобного номинала. Непонятно, откуда Ваши числа (30 - 100 мкВ). Тепловой активной стабилизации не было. Но медный массивный экран - неплохой пассивный стабилизатор температуры. Стабильность была на удивление замечательная. Лучше 1 фА. А кто Вам мешает интегрировать фиксированное время и потом на Ваш любимый АЦП? Есть еще почти такие же интеграторы с АЦП внутри - DDCXXX от того же производителя. С ними занимался совсем недавно Herz. В любом варианте самое важное - отмывка от утечек.
|
|
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|
