Cómo hacer un sumidero de corriente constante en el rango pA-nA

Question

Tengo la tarea de hacer un disipador de corriente constante para un dispositivo de prueba. Debe dar salida a 4 valores distintos, -10pA -100pA -1nA -10nA. Necesito que la corriente dure al menos 10-20 segundos, preferiblemente hasta 100 segundos si es posible. Estos valores de corriente son muy pequeños por lo que no podré utilizar un simple espejo de corriente con transistores.

La razón por la que necesito hacer este dispositivo es que tiene que ser mucho más pequeño que un instrumento de banco de pruebas, piensa en un dispositivo de mano, y sólo tiene que funcionar para esos valores de corriente específicos. Tampoco sé la carga, esto es una fuente, no debería importar?

Hasta ahora, lo único que se me ha ocurrido es utilizar una rampa de tensión para cargar un condensador (Ic= C dv/dt) para que pueda emitir la corriente. Utilizaría un interruptor mecánico para cambiar el valor de la capacitancia para que el tiempo de rampa permanezca igual y la corriente pueda cambiar entre los 4 valores. La forma de onda tendría que ser un diente de sierra para que la rampa de retorno en ~ 1 segundo. No sé cómo hacer un diente de sierra o realmente cualquier rampa de voltaje y necesito que sea lineal para obtener la corriente adecuada de la tapa.

Por favor, dadme cualquier sugerencia y preguntad sobre cualquier otra cosa que se me haya olvidado decir, me gustaría resolver esto pronto.

EDIT: espero que sea un poco más claro

Answer 1

Lineal tienen un Fuente de corriente bidireccional de precisión Nanoamp nota de aplicación que puede ser de interés.

Figura 1. Este circuito genera y absorbe sólo nanoamperios de corriente con precisión debido a la baja corriente de polarización de entrada de los amplificadores operacionales CMOS. Un amplificador diferencial con buffer y un integrador fuerzan la tensión a través de una resistencia de 10 megaohmios para que sea 1/1000 de la tensión de entrada de control en cualquier polaridad.

Es difícil decir si esto es adecuado para su aplicación debido a la falta de información suministrada. Tiene la ventaja de no requerir ninguna generación de rampa ni condensadores de precisión.

Answer 2

Considere esto

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Supongamos 0,5 voltios Vbe para Ic = 1uA, para X=1 área del emisor. Supongamos que el N (factor de idealidad del diodo) sigue siendo 1, entonces a 10pA, o 100.000 menos que 1uA, el Vbe será menor en 0,058 voltios por década * log10(100.000) o

Vbe(10pA) = 0,500 - (0,058v * 5) = 0,500 - 0,290 = 0,210 voltios

que sería el Vbe de Q1. Suponiendo que los dos transistores tienen un área x1 (siguen teniendo el mismo tamaño), el Vbe de Q2 sigue siendo de 0,5 voltios. La base de Q1 está a 0,500 voltios, y el emisor de Q1 está a 0,290 voltios. Esos 0,290 voltios están a través de la resistencia R1 de 10MegOhm desde el emisor a GND. La corriente a través de R1, es 100nanoAmp/volt o 29 nanoAmps.

Tenemos que reducir esa corriente en más de 1.000 veces, hasta los 10 picoAmps solicitados.

Una forma de conseguirlo es utilizar un divisor resistivo entre la parte superior de Q1 y la base de Q2. Pero eso es un kluge.

Parte del reto, para cualquier precisión, es que 10pA * 10MegOhm es 1e-11 * 1e+7

o 1e-4 = 100 microVoltios.

Así que estoy pensando que puedes usar los OpAmps para generar una corriente de 1nanoAmp, y alimentar eso en el copiador-divisor de corriente 100:x, así

simular este circuito

Aquí está la teoría del espejo de corriente de Widlar y ejemplos. Tal vez sea útil.

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