Схема измерения малых токов, до 100 фА Опции

[nananan]

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.

[Rockstein]

Я недавно сделал каскад на lmp7721 для фотодиода. Схемка простая
Паял lmp7721 "на растяжках" Он как-бы висит в воздухе. Полоса с 1Гиг и 10пик около 15 Герц. Термальный шум на 1гиг преобладает и никуда не денешься. 15 микровольт rms. Но 100фА это на 1 гиге всего лишь 100мкВ, что на почти на один порядок больше чем шум.

Позволяет детектировать 100фА на фотодиоде. Однополярное питание это минус, но общий для фотодиода и выхода сдвинут на 0.1В. Мерять конечно нужно дифф входом.




Если интересует фото, могу сфотографировать.

[VVlad]

Я недавно сделал каскад на lmp7721 для фотодиода. Схемка простая
Паял lmp7721 "на растяжках" Он как-бы висит в воздухе. Полоса с 1Гиг и 10пик около 15 Герц. Термальный шум на 1гиг преобладает и никуда не денешься. 15 микровольт rms. Но 100фА это на 1 гиге всего лишь 100мкВ, что на почти на один порядок больше чем шум.

Позволяет детектировать 100фА на фотодиоде. Однополярное питание это минус, но общий для фотодиода и выхода сдвинут на 0.1В. Мерять конечно нужно дифф входом.




Если интересует фото, могу сфотографировать.

Будьте добры, помогите пожалуйста понять, вот в обратной связи резистор в 1 ГОм стоит. Что значит "на растяжках"?
Может ли помочь Ваша находка, Rockstein, в преобразовании сигнала из диапазона (-2.5 вольт до +2.5 вольт, ток от 5 до 200 фА) в диапазон (0 Вольт, 0.48 Вольт, ток от 5 до 20 мкА)?
То есть амплитуда уменьшается чуть больше, чем в 10 раз, а среднее значение должно быть смещено из 0 Вольт в +0.24 Вольта.
Попытка использовать схему инструментального усилителя не удалась - не понятно, в какую точку подавать напряжение смещения (-2.5 Вольт или -0.24 Вольта)?
из компьютерного журнала http://www.compeljournal.ru/enews/2009/1/7 за основу была взята схема (см. приложение), где в точку соединения резисторов Roc2 и R3 подключен выход стабилизатора опорного напряжения LM4040AIM3-2.50, то есть подано -2.5 Вольта.
Номинал Rku был выбран 301 кОм, номиналы Roc1 и Roc2 - по 20 кОм, R1 и R3 - по 261 кОм, R2 и R4 - по 13 кОм

Вопреки ожиданию, на выходе после подключения источника напряжения LM4040 не произошло смещения сигнала на 0.24 Вольта. В чём может быть ошибка-причина?
Есть ли смысл заменять резисторы Roc1 и Roc2 на гигаомные с увеличением номинала Rku в тераомную область? Спасибо.

Сообщение отредактировал VVlad - Dec 7 2010, 14:43

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Rockstein]

Будьте добры, помогите пожалуйста понять, вот в обратной связи резистор в 1 ГОм стоит. Что значит "на растяжках"?

На растяжках, имеется ввиду, что его ноги растянуты, а сам корпус висит в воздухе на ногах. Все высокоимпедансные цепи лучше пускать по воздуху. Это из-за токов утечки. Сам 1 Гом и операционник нужно тщательно протирать изопропанолом или метанолом, чтобы убрать жир и флюс. Думаю, что это все это вам объяснять не надо.

Может ли помочь Ваша находка, Rockstein, в преобразовании сигнала из диапазона (-2.5 вольт до +2.5 вольт, ток от 5 до 200 фА) в диапазон (0 Вольт, 0.48 Вольт, ток от 5 до 20 мкА)?
То есть амплитуда уменьшается чуть больше, чем в 10 раз, а среднее значение должно быть смещено из 0 Вольт в +0.24 Вольта.

Не понял про какую находку идет речь. Вообще-то тут тема об измерениях малых токов, а не о преобразовании сигнала. Из ваших слов нифига не ясно. Могу только догадываться, что у вас высокоимпедантный датчик который дает +/-2.5 и который вы хотите преобразовать в низкоимпедантый выход 0...0.48В. Я правильно вас понял? Как понимать ваш ток? Ток никчему, лучше импеданс.

Если так, то какого фига вы берете ina333, у которого входной ток 200пА, в 1000 раз больше, чем вы допускаете.

Попытка использовать схему инструментального усилителя не удалась - не понятно, в какую точку подавать напряжение смещения (-2.5 Вольт или -0.24 Вольта)?
из компьютерного журнала http://www.compeljournal.ru/enews/2009/1/7 за основу была взята схема (см. приложение), где в точку соединения резисторов Roc2 и R3 подключен выход стабилизатора опорного напряжения LM4040AIM3-2.50, то есть подано -2.5 Вольта.
Номинал Rku был выбран 301 кОм, номиналы Roc1 и Roc2 - по 20 кОм, R1 и R3 - по 261 кОм, R2 и R4 - по 13 кОм

Вопреки ожиданию, на выходе после подключения источника напряжения LM4040 не произошло смещения сигнала на 0.24 Вольта. В чём может быть ошибка-причина?
Есть ли смысл заменять резисторы Roc1 и Roc2 на гигаомные с увеличением номинала Rku в тераомную область

Извиняюсь, но это полная ахинея. Вообще от начала и до конца неправильно.
Короче...
1. У вас какой импеданс (выходной) датчика, чтобы ясно было откуда плясать. Если больше 100 Мегом, то забудьте все ваши инструментальные усилители.
2. У вас датчик привязан к массе или из +/-2.5В можно рассматривать как U+/-2.5В