Наноамперметр

[YS]

Случилось так, что меня попросили сделать амперметр с разрешением 1 нА. Я сочинил схему, но, поскольку таких прецизионных устройств я еще никогда не делал, прошу общественность поглядеть на нее, вдруг я чего забыл.

Схема - большая картинка.

Первый каскад собран на AD8651. У него заявленное напряжение смещения 100 мкВ, ток смещения - 1 пА.

Второй каскад и буфер собраны на OP285. Его напряжение смещения - 250 мкВ.

R3 и R6 - многооборотные.

Весь тракт - инвертирующий. Ставка на то, что если вдруг образуется паразитная ОС с выхода на вход, она будет отрицательной. Признаюсь, додумался не сам, мне подсказал один гуру.

Все ОУ вконец закомпенсированы.

Источник опорного напряжения - REF192. Из него получается 5 В для питания измерительной части и 3.8 В для смещения. Эта часть собрана на LM358, т.к. особой прецизионности не требуется.

Реализовывать планирую на двухслойной плате, со второй стороной полностью отданной под экран. Возникает вопрос: к какой точке лучше подключить экран? К земле или к VBIAS? Сверху тоже будет экран. Входной разъем - BNC.

Заранее спасибо за комментарии.

[kaetzchen]

Случилось так, что меня попросили сделать амперметр с разрешением 1 нА.

А денег у них на это хватит? , на приборы и и на здание из пермаллоя

[YS]

Ну, здание из пермаллоя тут не нужно. Предыдущий наноамперметр, советских годов, ныне почивший, на смену которому и проектируется чудо-схема выше, представляет собой небольшую коробочку, работающую без всяких изысков. Но да, все кабели экранированные, и сам исследуемый девайс (вакуумный фотоэлемент) тоже в экране, целиком.

[Hand-Maker]

Мне кажется, лучше к смещению, т.к. это смещение по сути организовывает среднюю точку -- искусственную землю всей схемы. Соответственно сигнальные напряжения будут плясать относительно этого смещения. Значит и наводки надо приводить тоже к смещению. Выход ведь тоже относительно "Биаса" считывается...

То kaetzchen: Вообще-то наноампер -- достаточно обычный ток в микроэлектронике. Вот пикоамперы - это поинтереснее.

[YS]

Я вот тоже склонялся к BIAS'у.

Я обозвал его BIAS, потому это эта точка не средняя. Она ближе к питанию - 3.8 В. Во-первых, для расширения динамического диапазона рабочей области, а, во-вторых, у AD8651 в районе 4 В синфазного напряжения находится минимум напряжения смещения.



Напряжение 3.8 взято только потому, что при нем R7/R8 получаются красивые. Может быть я еще их поменяю.

[kalobyte]

и сам исследуемый девайс (вакуумный фотоэлемент) тоже в экране, целиком.

я когда в быдловузе был, то мы там на физике делали лабу по замеру работы выхода и там тоже были несколько самопальных девайсов, но их делала какая-то контора по 700 евров за штуку

светодиоды подключались и засовывались в трубку и там замерялся ток в наноамперах
кстати я был в шоке, когда узнал, что ток больше не от яркости диода, а чем короче волна у него
кстати был еще регулятор установки на ноль и цифровые шкалы

[YS]

Почти угадали, только это не "быдловуз", а "небыдло-школа". Которую я в свое время закончил... Там есть физлаб в виде отдельного предмета, да. И там есть лаба по измерению постоянной Планка. Да, через работу выхода.

Собсно, они тоже могли бы заказать кастомизацию установки за €700, но попросить выпускника, ставшего инженером-электронщиком, немного помочь школе и логичнее, и дешевле.

В общем, я понял, что ни у кого нет возражений по принципиальным моментам. Значит буду собирать как есть. Только скорее всего в финальную схему я впилю еще и калибровочный источник тока.

[kaetzchen]

ток больше не от яркости диода, а чем короче волна у него

ВАХ для цветностей СИДов разный, динамич.сопротивление и Vf, а чем больше ток-тем ярче,ессно

[YS]

kaetzchen, наш коллега, по-видимому, имел в виду зависимость фототока от длины волны.

[Ser60]

Я думаю Вам будет небезынтересно почитать статью Picoammeter Design в апрельском выпуске журнала Circuit Cellar за 2010 (#237). Если не найдете журнал, могу скинуть статью в ЛС - мне надо будет дома скан сделать.

[YS]

Большое спасибо за наводку, я нашел и скачал его. Завтра буду изучать.

[kalobyte]

наш коллега, по-видимому, имел в виду зависимость фототока от длины волны.

ну да
правда я задался тем же вопросом
там были 6 диодов разного цвета и вот я задумался, а если диод ярче будет светить
разве работы выхода от яркости не зависит?
меня не покидает ощущение, что и тут меня обманули

немного помочь школе и логичнее, и дешевле.

если для школы, то не парься
там я сейчас смысл не помню, но была принципиальная схема вычисления таких мелких токов в самом описании лабы и без всяких оу
помню только крутилка была для установки нуля на одном индикаторе, а на втором показывались значения в наноамперах

конечно внутри были оу и ион, но главное ведь принцип работы описать в эксперименте

а 700 это нормально, 100% ручная работа под небольшой заказ
в лабе электротехники один ручной мульитметр флюк 400 евров стоит, а там еще были настольные агиленты по 700
наверное кто-то попилил бабло нехило

[YS]

если для школы, то не парься
там я сейчас смысл не помню, но была принципиальная схема вычисления таких мелких токов в самом описании лабы и без всяких оу
помню только крутилка была для установки нуля на одном индикаторе, а на втором показывались значения в наноамперах

конечно внутри были оу и ион, но главное ведь принцип работы описать в эксперименте

Ничо не понял. На всякий случай скажу, что требовать со школьников объяснения принципа работы измерительной схемы, разумеется, никто не будет. Хотя было бы хорошо...

Я думаю Вам будет небезынтересно почитать статью Picoammeter Design в апрельском выпуске журнала Circuit Cellar за 2010 (#237).

Нашел, почитал. Практически один-в-один моя схема в первой редакции. Похоже, я изначально был не так далек от истины, это радует. Посмотрим, что выйдет на практике.

[Gudd-Head]

Думаю, всё самое интересное начнётся на этапе отладки.
Утечки и прочее

[kalobyte]

с точностью не парься

[Ser60]

Я помню ещё где-то в журналах видел рекламу как кто-то на основе этой статьи (но не автор) сделал приставку к тестеру и продает то-ли ее, то-ли кит, толи все вместе. Похоже то, что Вам нужно, YS. Там есть большая фотка монтажа приставки и ссылка на его сайт. Я одно время сам хотел такую сделать, даже детали приобрел - но они так без дела лежат. У меня в глазак до сих пор картинка приставки стоит, но за пару кликов я нее не нашел. Если интересно, могу вечером порыться в журналах. Было это опубликовано где-то в течении последних месяцев 6-ти, но не помню в каком именно (зарубежном) журнале.

[YS]

Утечки и прочее

Ага. В ДШ на операционник пишут, что даже отпечатки пальцев могут быть проблемой.

Но, кстати, в той статье мужик собрал это дело вообще на макетке с дырками, и, говорит, сносно работало.

Кстати, появился вопрос. Мужик в статье пишет, что защитные диоды на входе должны быть с малой утечкой. Однако утечка может проявиться только тогда, когда к ним приложено напряжение, а они включены между входами операционника, соответственно, напряжение на них никогда не будет более 100 - 200 мкВ. Неужели 200 мкВ на диоде могут создать заметный ток?

кто-то на основе этой статьи (но не автор) сделал приставку к тестеру и продает то-ли ее, то-ли кит, толи все вместе

Ну, заказывать кит я уже не буду - ко мне детали едут на мою схему. Да и потом, всегда интересно изобрести велосипед с колесами своего диаметра.

[Ser60]

Не могу сказать с уверенностью про утечки, но знаю наверняка, что автор - специалист высокого класса и знает о чем пишет. Я читал много его статей. К сожалению, слишком популярно в этом журнале, но зато со знанием дела.

[YS]

Просто автор статьи этот вопрос как-то не прокомментировал, вот я и интересуюсь...

[Ser60]

А задайте этот вопрос самому автору. Там, в статье, вроде, есть его емайл. Если нет, и правильно помню, у него свой сайт есть, который легко найти.