Wie baue ich eine 10uA Stromquelle/Begrenzer?

Ich brauche einen konstanten Strom von 10uA durch einen variablen Widerstand in den 100k-Werten. Ich muss den Strom in diesen Widerstand einspeisen, und ich muss den Widerstand mit Masse verbinden, damit ich die Spannung darüber mit einem Mikrocontroller messen kann (als ich dies schrieb, dachte ich, ich könnte einfach die Spannungen an beiden Punkten lesen und sie subtrahieren, aber nun ja). Wie mache ich das mit diskreten Komponenten? Ich habe gehört, dass aktuelle Spiegel nicht mit diskreten Komponenten funktionieren. Ich weiß nicht, ob ich mit einem Operationsverstärker und einem Messwiderstand einen so kleinen Strom liefern / senken könnte. Ist eine Strombegrenzungsschaltung besser? Ich muss den Strom nicht wirklich einspeisen, ich brauche nur konstante 10 uA.

Was ist eine zuverlässige, stabile und ziemlich genaue 10-uA-Stromquelle / -senke, die ich mit diskreten Komponenten und ohne ICs bauen kann, da ich nicht warten möchte, bis sie an mich geliefert werden?

Bearbeiten: Ich arbeite mit Versorgungsspannungen im Bereich von 5 V bis 12 V

Bearbeiten 2: 1% Genauigkeit ist in Ordnung. Verdammt, sogar 5 % Genauigkeit sind in Ordnung, alles unter 10 % ist in Ordnung. Meine Last ist maximal ein 220k-Widerstand (es ist eigentlich ein 100k-Thermistor, aber das ist so hoch wie es nur geht). Und meine Versorgung wäre 5 V, also müsste ich, um 10 uA durchzubringen, etwa 2,2 V liefern, also kein Problem.

Definiere "ziemlich genau". 10%? 1%?
Können Sie Ihre Anforderungen in Zahlen benennen? Was ist die maximale Spannung, die Sie möglicherweise an Ihre Last anlegen müssen, um 10 uA durchzulassen? Und wie genau soll es sein? 5 %, 1 % oder 10 ppm-Spezifikationen können sehr unterschiedliche Antworten geben.
Haben Sie Spannungsreferenz-ICs? Ich verwende hier Bild 1. ti.com/lit/an/sbva001/sbva001.pdf
Ok, tut mir Leid. 1% Genauigkeit ist völlig in Ordnung. Verdammt, sogar 5 % Genauigkeit sind in Ordnung, alles unter 10 % ist in Ordnung. Meine Last ist maximal ein 220k-Widerstand (es ist eigentlich ein 100k-Thermistor, aber das ist so hoch wie es nur geht). Und meine Versorgung wäre 5 V, also müsste ich, um 10 uA durchzubringen, etwa 2,2 V liefern, also kein Problem.
Goerge, könnte das in meine Genauigkeitsgrenze von 1-10% passen, wenn ich eine Zenerdiode als Spannungsreferenz verwende?

Antworten (3)

Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun. Da Sie keinen Genauigkeits- oder Konformitätsbereich angegeben haben, reicht Folgendes aus:

Nehmen wir an, Sie möchten etwa 2 V an R1 halten, was es zu etwa 200 kΩ machen würde. Dadurch würde die Zenerdiode etwa 2,6 V betragen. Dies weist eine gewisse Temperaturabhängigkeit auf, da der BE-Abfall Teil der Referenzspannung ist. Aber mit nur 4 billigen und kleinen Teilen sind Einfachheit, Größe und Kosten sehr gut. Größe R2, um gerade genug Strom durch den Zener zu halten, damit er seine Spannung gut regulieren kann. 1 mA funktioniert mit den meisten Zenern gut genug, aber siehe Datenblatt.

Eine kompliziertere, aber genauere Schaltung ist:

Der Operationsverstärker regelt aktiv die Spannung über R1, um sie an die Zenerspannung anzupassen. Bei 5,6 V über R1 fließen immer 10 µA durch. Dieser gleiche Strom ist auch der Laststrom, wodurch der Laststrom geregelt wird.

Nun, da Sie gesagt haben, dass 12 V verfügbar sind, können wir dies verwenden, um eine Vorstellung vom Konformitätsbereich zu bekommen. Q1 kann praktisch jeder P-Kanal-MOSFET mit niedriger Spannung sein. Der Einschaltwiderstand ist im Vergleich zu 560 kΩ so niedrig, dass er irrelevant ist. Diese Stromquelle kann daher den Ausgang bis zur Versorgung minus der Spannung des Strommesswiderstands oder 12 V - 5,6 V = 6,4 V treiben.

Die Operationsverstärkerschaltung könnte in meinem Compliance-Bereich von 1-10% funktionieren. Danke, ich werde es ausprobieren!
@Calin: Das macht keinen Sinn. Der Konformitätsbereich einer Stromquelle hat EMF-Einheiten, die normalerweise in Volt ausgedrückt werden.
Ok, ich dachte, der Compliance-Bereich war die Genauigkeit, wie weit ich von 10 uA entfernt sein kann. Ich meinte 10uA +- 10%. Der erlaubte Fehler.
@Calin: 10 uA +-10% gibt die Genauigkeit an. Compliance-Bereich ist der Ausgangsspannungsbereich, über den die Stromquelle den Strom innerhalb der angegebenen Genauigkeitsgrenzen regeln kann.
Eine weitere unglaublich hilfreiche Antwort von @OlinLathrop, was diese Seite so lohnenswert macht!

So etwas gibt Ihnen einen ziemlich konstanten Strom. Es ist nur (nicht ganz so) stabil wie Ihre 12-V-Versorgung, aber es hat eine recht gute Compliance und einen guten Ausgangswiderstand sowie eine angemessene Temperaturstabilität für normale Änderungen der Raumtemperatur (möglicherweise +/- ein paar % für Änderungen von +/- 10 ° C). ). Legen Sie die BJTs im Idealfall mit etwas Wärmeleitpaste direkt aufeinander und schrumpfen Sie sie um sie herum.

Mit einem Operationsverstärker und einer geeigneten Referenz kann man es viel besser machen, aber dies funktioniert und erfüllt Ihre angegebene Anforderung, nur diskrete Komponenten und keine ICs zu verwenden.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Hey, Sie können auch eine jfet-Stromquelle erstellen. Ich habe es noch nie getan. Und ich weiß nicht, ob es bei diesen niedrigen Strömen funktionieren würde?
Sicher, nur ein JFET und ein entsprechend hochwertiger Widerstand. Ich glaube nicht, dass es in Bezug auf die Leistung annähernd so gut wäre wie die oben genannten (insbesondere Ausgangswiderstand).

Ein sehr einfacher Strombegrenzer ist so etwas wie das Bild unten. Ersetzen Sie Vbattery durch Ihre Last. R2 ist auf Vemitter / 10uA ausgelegt.

Die zwei Dioden können entweder zwei Dioden oder eine Zenerdiode mit einem Wert von (VR2 + Vbe) sein, wobei Vbe ungefähr 0,7 Volt beträgt. R1 steuert den Arbeitspunkt der Dioden oder des Zeners.

Zum Beispiel:
Wenn Sie möchten, dass VR2 0,2 ​​V beträgt. Dann setzen Sie R2 auf 0,2 V / 10 uA = 20 k

Vb ~= 0,2 V + 0,7 V = 0,9 V Finden Sie eine Diode, die bei Ansteuerung mit einem bestimmten Strom bei 0,9 V arbeitet. Verwenden Sie dann R1, um es ungefähr auf diesen Strom zu treiben.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich mache mir Sorgen, dass Vbe ungefähr 0,7 Volt beträgt und der Spannungsabfall an den Dioden ebenfalls ungefähr 0,6 bis 0,7 Volt beträgt. Wie wirkt sich das auf meine endgültige Präzision aus? Wird es weniger als 10% sein? Wenn ich die Spannungen an den Dioden und dem BE-Übergang messe, während die Schaltung läuft, würden sich diese Werte mit der Temperatur ändern? Oder könnte ich diese gemessenen, genauen Werte verwenden, um R2 zu berechnen?
Vbe hängt von der Schwellenspannung des Transistors ab, die von Transistor zu Transistor variiert. Dasselbe gilt für Diodenspannungen. Sie müssten die Widerstände an die Transistor- / Diodenvariation anpassen. Sobald Sie es getrimmt haben, erhalten Sie nach dem Bau eine Genauigkeit von unter 10%. Ob es überhitzt, ist eine ganz andere Sache. Das hängt von den Dioden und Transistoren ab, die Sie verwenden, sowie von der Temperaturschwankung, die Sie darauf setzen möchten.
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