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.

[alexunder]

Занимаюсь разработкой установки для исследования МДП-структур, требуется измерять постоянный ток от 100 до 2000 фА. Интересует насколько подобная схема может шуметь и удастся ли за шумами разглядеть полезный сигнал, а также другие схемотехнические решения измерения малого постоянного тока.

Забавно! Я несколько лет назад делал похожую работу в рамках диплома У меня в задаче был миниатюрный измеритель параметров МДП-транзисторов с использованием метода зарядовой накачки (charge pumping) для определения Dit.
А с какой целью вам надо в фемтоамперы опускаться? Для более точного измерения подпорогового участка передаточной х-ки? У меня требовалось измерять ток от 1 пА, что технически более реалистично.
В моем приборе использовался обычный трансимпедансный преобразователь, о котором тут уже писали. В качестве ОУ выбрал один канал OPA2111, хотя есть варианты и получше с т.з. токов утечки по входу (AD549 как уже писали). В ОС ОУ на самом чувствительном диапазоне стоял резистор на 10 ГОм, шунтированный кондёром чтоб не "звенел". Кондер брал с малым током утечки, малой температурной зависимостью емкости и адсорбционными токам: полистирол, хотя сгодится и фторопласт. Диапазоны переключались мельтиплекcой ADG438, у которой токи утечки в закрытом состоянии много меньше 1 пА (по крайней мере, мне попались такие образцы, которые я заране протестировал на калиброванном электрометре).


Извините за качество картинки - спринтскринил с ворда пкадовский принтскрин.


Есть альтернативный вариант. Попробуйте ОУ в схеме интегратора тока (соответственно, результатом интегрирования у вас будет заряд). Возможно, для вас такая схема будет удобнее. Можно собрать на тех же аналоговых мультиплексорах и хорошем ОУ, а можно взять готовый интегратор, например ACF2101 от TI (только у этого ток утечки довольно большой ~ 10 пА), посмотрите у AD и TI, наверняка есть подходящие.

Вдогонку. Мой электрометр на OPA2111 и ADG438 тоже был собран "на весу" как и у Rockstein и располагался в прорези в печатной плате.

Сообщение отредактировал alexunder - Feb 14 2011, 11:55

[Rockstein]

В моем приборе использовался обычный трансимпедансный преобразователь, о котором тут уже писали. В качестве ОУ выбрал один канал OPA2111, хотя есть варианты и получше с т.з. токов утечки по входу (AD549 как уже писали). В ОС ОУ на самом чувствительном диапазоне стоял резистор на 10 ГОм, шунтированный кондёром чтоб не "звенел". Кондер брал с малым током утечки, малой температурной зависимостью емкости и адсорбционными токам: полистирол, хотя сгодится и фторопласт. Диапазоны переключались мельтиплекcой ADG438, у которой токи утечки в закрытом состоянии много меньше 1 пА (по крайней мере, мне попались такие образцы, которые я заране протестировал на калиброванном электрометре).


Извините за качество картинки - спринтскринил с ворда пкадовский принтскрин.

Вдогонку. Мой электрометр на OPA2111 и ADG438 тоже был собран "на весу" как и у Rockstein и располагался в прорези в печатной плате.

А почему вы мультиплексор поставили перед сопротивлениями ос. Ведь с точки зрения токов утечки лучше это хуже. Я имею ввиду вариант, когда на инвертвход идет сначала сопротивления ос, а потом за ним мультиплексор.

Интерессно, как у вас получилось с 10Гом в ос побороть токи утечки мультиплексора в несколько десятков пикоампер? Может вы имели ввиду 10Мом?

Сообщение отредактировал Rockstein - Feb 15 2011, 07:33

[alexunder]

А почему вы мультиплексор поставили перед сопротивлениями ос. Ведь с точки зрения токов утечки лучше это хуже. Я имею ввиду вариант, когда на инвертвход идет сначала сопротивления ос, а потом за ним мультиплексор.

Согласен, это хуже. Схема из студенческой работы, со всеми вытекающими К сожалению, даже конденсаторы по питанию ОУ не нарисованы.

Интерессно, как у вас получилось с 10Гом в ос побороть токи утечки мультиплексора в несколько десятков пикоампер? Может вы имели ввиду 10Мом?

речь идет о 10 ГОм. Токи утечки мультиплексоров использованных в данной работе, как я уже писал, меньше 1 пА. Данное обстоятельство проверялось на электрометре.

Сообщение отредактировал alexunder - Feb 15 2011, 09:32