, где - заряд электрона, - среднее значение тока, - время наблюдения.

Дробовой шум не позволит делать одномоментные измерения тока в 0,1 мкА с точностью в 0,01%.
Его можно оценить, воспользовавшись формулой:
,
где -эффективное значение шумового тока, - полоса сигнала.
Времени наблюдения 1 мкс соответствует эффективная полоса в 500 кГц, поэтому, для Вашего случая получаем флуктуационную составляющую:

,
т.е., 0,126% от 0,1 мкА, что совершенно совпадает с цифрой, полученной ув. DS несколько иным путём.

Это верно. Импульс в любом случае можно запустить сперва в интегратор, а измерять многократно уже его выход.
С бОльшим успехом можно использовать перед АЦП фильтр НЧ с полосой, равной , где - период выборки сигнала, что абсолютно естественным образом согласуется с теоремой Котельникова.

Конечно, фильтр НЧ - он же интегратор. Чувствуется разница в привычках к рассуждениям: у меня во временной области, у тебя - в частотной . Главное, что результаты почти совпадают.

Большое спасибо всем.
Отдельно спасибо Stanislav-у, огромное спасибо! Узнаю знакомый почерк. Не знаю, кто ещё тратит столько труда и заботы на ответы.

Кстати, Stanislav, давно хочу спросить: как Вы наловчились вставлять так красиво формулы в сообщения?

А вот что я нашёл по исходному вопросу:
http://www.national.com/an/AN/AN-1803.pdf#page=1

По поводу дробового шума. Мне нужна высокая точность измерения фототока, поэтому включать фотодиод я буду прямо между входами ОУ (фотовольтажная схема. Где-то я встречал название "фотовентильная"). Вот здесь http://www.autex.spb.ru/download/seminar/s...9rus/sensor.pdf на стр. 5.3 сказано, что в такой схеме дробовой шум отсутствует, так как отсутствует темновой ток фотодиода. И сказано, что шум является тепловым шумом параллельного резистора.
Вопрос: для этой схемы рассуждения про дробовой ток неактуальны?
А как тогда с цифрой от DS - его рассуждения всё равно годятся, как я понял?
Извиняюсь за дурные вопросы, тёмен я в этой области.

Посвечу. Все довольно просто. Считаете заряд выдаваемый фотодиодом (все равно чем, на самом деле) за характерное время интегрирования вашей системой по формуле - заряд=ток*время. Делите на заряд одного электрона. Получится число детектируемых электронов в одиночном измерении. Имеются глубокие теоретические основания полагать, что среднее (не будем уточнять, какое...) отклонение от этой величины будет равно корню квадратному из этого числа. Поделим корень из числа на само число - получим 1/(корень...)- это будет относительная погрешность (лучше получить нельзя...). Например, пусть будет миллион электронов за время измерения. Тогда относительная погрешность будет (в самом лучшем случае) 0.1%. Никакими ухищрениями это нельзя изменить, так как эти электроны порождаются фотонами, которые подчиняются такой же статистике.
Бороться можно только накоплением - для увеличения точности в 10 раз нужно усреднить 100 измерений, если система воспроизводима (стационарна). Вы хотите 0.01%... Сомнительно, чтобы детектор, источник..и все остальное были такими хорошими.

Ну, ФНЧ - это не совсем интегратор.
Хотя бы по той причине, что ФНЧ может дать спад АЧХ больше, чем 6 дБ/октаву.
ВременнАя и частотные области же совершенно эквивалентны. Я лишь дал выражение для флуктуационных значений тока в заданной полосе частот.

makc когда-то объявлял, что движок форума начал поддерживать нотацию LaTeX. Смотреть здесь:
http://frodo.elon.edu/tutorial/tutorial/node16.html
Только про теги tex и \tex не забудьте.


DSIoffe, дорогой.
Выражение справедливо для любого тока. Независимо от того, что является его источником, и определяет только нижнюю грань шума, или погрешности измерения, достижимую только теоретически.
В реальной измерительной системе неопределённость одномоментного измерения будет только большей; не слишком намного только при условии что спектр сигнала на входе АЦП должным образом ограничен и усилитель-преобразователь ток-напряжение спроектирован правильно. Для точного подсчёта нужно определить эффективную шумовую полосу фильтра НЧ перед АЦП (для простой RC-цепочки, если склероз не изменяет, это около 1,6 х частоту среза). Но фильтр большого порядка на входе АЦП также делать нельзя, поскольку впоследствии трудно будет восстановить форму импульса из-за искажений, им вносимых.
Правильный способ - применение фильтра невысокого порядка и передискретизация сигнала с последующей цифровой обработкой (прореживанием).

Большое вам спасибо, люди добрые. Мне удалось убедить заказчика пересмотреть ТЗ в этой части.
Теперь прошу совета опытных людей: какую погрешность можно заложить сверх теоретического предела?

Тут вам нужно тщательно все посчитать: шумы ОУ токовые и напряжения, резисторов ОС, особенно в НЧ области.

Давайте полную физическую постановку задачи, ограничение на компоненты (особенно на ключевые - типа самих фотодиодов), оптическую схему. Тогда можно будет оценить. А то вполне может быть, что у заказчика изображение по фоточувствительной области на миллиметр елозит, а Вас за дробовой шум бороться призывают.

Посчитал, прослезился.

Пока не удалось раскрутить заказчика на полную постановку, есть только ТЗ. Я уже кое-где кое-что изменил и дополнил по согласованию с ним, но клиент всегда прав, пока я ему не докажу, что он неправ.

По ходу дела выяснилось, что одним диапазоном измерений не обойтись, нужны четыре. Я нарисовал прилагаемую схему. Кто-нибудь когда-нибудь пробовал так переключать диапазоны? Будет ли возбуждаться ОУ, или утечки потекут слишком большие? И как вообще в подобных случаях организуют переключение диапазонов? Может быть, при требуемых утечках меньше 10 пА нужно использовать реле, похожее на РЭС-55?
Заранее признателен.

Да, вполне рабочий вариант. Конкретно этот коммутатор не использовал, но, думаю, проблем не будет - резисторы в ОС у Вас не слишком большие и не слишком маленькие. Утечки откуда? Реле тут явно ни к чему, ИМХО.
Есть вот такая штука, кстати, для примера:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
и ещё
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Я тоже думаю, что проблем не возникнет. Единственный совет - добавить по входам управления RC цепочки 1К-0.22 мкФ или того же порядка, для подавления помех со стороны цифровой части схемы.

А какие использовали и почему?

Мне вот не очень Ваша схема нравится. Кажется, несколько лучше несколько иначе.
У Вас неиспользуемые резисторы "висят" на входе - антенной работают. Их лучше, наверное, на выход подвесить - перевернуть коммутатор.
А почему Вы выбрали такой супермалоточный операционник? Там, вроде, частотка не очень.
В самом начале Вы декларировали какие-то запредельные требования. Как собираетесь тестировать?

Использовал широко распространённый CD4052/4053 в силу его доступности и ключи от AD cерии ADG. Последние из-за компактности и весьма неплохих характеристик. Но, возможно, мои требования были попроще.

А так будут больше наводки с коммутатора. Выигрыш совсем неочевиден.

Кажется, что коммутатор будет редко переключаться. Вы же и советовали управление фильтровать...
Но, все равно, только эксперимент..

Не от переключения, от питания и прочего. Он же тогда оказывается подключенным ко входу усилителя с большим коэффициентом усиления по напряжению. А в приведенной схеме резисторы уменьшают коэффициент усиления наводки.

Ну да. Имела в виду фильтры на аналоговую землю. Я, честно говоря, использовала не коммутаторы, а ключи - 2-1 - тоже коммутатор - переключатель. Там емкости паразитные указывают... Никаких проблем не было. Может, автору и механическое переключение можно...

А он ещё и очень малошумящий для своего класса. А мне обещают фотодиод с большой ёмкостью.

А я вот на глаз решил, что из коммутатора получится антенна побольше.

А какие? Я бы взял и механические, только опасаюсь, что реле ещё больше помех наловит. А эти ключи имеют наименьшие утечки при вменяемом сопротивлении открытого ключа. Меньше утечки только у Maxim MAX326 и 327, но там сопротивление в единицы килоом.

Глаз у меня другой. Ключи были... точно не помню ADG12(34??).
Про механику... Реле не могу посоветовать - не знаю. А просто перемычки руками нельзя?

LMP7721 не советую - расчёты показывают, что усилитель на нем проигрывает по шуму тому же LMP7716, хотя характеристики заявлены лучше.
А вобще без полевика на входе при большой ёмкости не обойтись....

Спасибо. Вроде их и купить легче, судя по efind.ru. А какие расчёты? Я увидел только графики спектральной плотности шума, где у 7715/16 она заметно меньше на низких частотах.
С полевиками плохо: мне не удалось найти ПТ с утечкой затвора меньше 100 пА, а надо меньше 10 пА.

И ещё вопрос по теме. Я хочу коммутировать усиление в схеме при помощи реле. Ориентируюсь на реле РЭС45 и РЭС46, в которых используется геркон КЭМ-1, для него указан минимальный коммутируемый ток 1 мкА. И считаю, что реле РЭС55 мне подходит меньше, потому что в нём стоит геркон КЭМ-3, у которого минимальный коммутируемый ток в 5 раз больше. Это правильно, или же есть ещё какие-то соображения?
Datasheets на герконы здесь: http://www.rmcip.ru/rus/indexrus.html.
Заранее признателен.

Дима, по утечкам ПТ: имейте ввиду, что ток утечеи нормируется при нпряжении затвора, близком к предельно- допустимому. В реале все намного лучше. Снижается экспоненциально вместе с напряжением. То же касается ОУ с ПТ входами- для питания +-15 В (обычно). Существует прием: питание ОУ ассимметричным напряжением, т.е., если на входе ОУ дифкаскад на ПТ с N- каналом, положительное питание делают минимально-возможным, с учетом пределов по синфазному напряжению, а отрицательное- увеличивают соответственно. Если с P- каналами, то наоборот. Для схем на ПТ применяют каскодное включение, обеспечивая минимально- возможное напряжение сток- затвор, чтобы не открывался переход сток- затвор. ПТ выбирать нужно с мин. напряжением отсечки.

А Вы их мыть пробовали? Потом нужно ждать... может час под напряжением. Пока пленка воды не превратится в гремучий газ. А как Вы измеряете?
Есть (было) еще такое дело. Ток утечки вроде бы был большой, но очень стабильный... До тысячной, что меня приятно удивило. Может, и Вам повезет?
А еще бывают с минимальными утечками РЭС64Б - там геркон в отдельном дополнительном экране.
Какой там геркон - не знаю, но в старом (чужом) измерителе малых токов стояли такие.
А маленькие переключатели механические не подойдут?

И если уж Вас приперло с коммутацией малых токов- поищите ртутные герконовые реле.


Кстати, КП302, 2П302 есть в варианте с 4-мя выводами, корпус можно использовать как экран, в т.ч. и для отвода утечек монтажа.

Спасибо большое всем.

Мне бы в цифрах оценить, и так будет куча заморочек, хочу заранее знать наверняка как можно больше.

Не пробовал. Я по datasheet измеряю
С утечками вроде пока порядок. Меня тут интересуют минимальные коммутируемые без искажений токи. Читал в разных местах, что при прохождении через механические контакты очень малых токов могут возникать какие-то искажения. Вот и интересуюсь опытом.

Нам не дано предугадать...

Придется токи измерять...

А может кто-нибудь что-нибудь рассказать из практического опыта про реле РЭС82?

РЭС 80 использовал, а 82 не приходилось вроде бы. А можно ещё оптореле использовать. У них проблем с малыми токами быть в принципе не должно.

А можно узнать, из каких соображений? Никакие из интегральных коммутаторов не подходят?

У попавшихся мне интегральных коммутаторов или слишком большая ёмкость, или слишком большое сопротивление открытого канала.
to Designer56: РЭС80 такое же, только с одной контактной группой. А как у него с минимальными токами было?
А у оптореле токи утечек микроамперные, это для меня много.

Так токи утечек микроамперные для напряжений порядка сотен вольт....при Ваших- они станут наноамперными, и даже пикоамперными, если чистый монтаж, и плата тоже.
РЭС 80 имеет очень ограниченный ресурс работы во вкл. состоянии и по количеству переключений. Контакты золотые, миниатюрное, в металлостекле. Конкретно, их выпускает НПО "Северная заря" у Вас в СПБ. Ссылка у меня на рабочем компьютере, попробуйте поискать сами в яндексе. На сайте есть исчерпывающие материалы по реле.