Interrupteur à FET

[Ravaner]

Bonjour à tous. J'ai besoin d'un coup de main. Dans un montage assez complexe, je réalise un échantillonnage de courants extrèmement faibles (<100 pA) par transfert de charge ( charge d'une capa de 3.3 pF) via un FET à faible pertes (courant gate inverse de l'ordre du pA).

Le problème :au lieu de charger la capa à chaque pulse, celle-ci semble se charger puis se décharger au cours du même pulse envoyé sur le gate. Bilan -> charge nulle. Données : courant de charge < 100 pA. Tension de repos sur le gate = -4V, pulse à 0 V de largeur 400 ns, périodicité 50 µs. Où est l'erreur ? Merci d'avance pour vos suggestions.

PS : sur le schéma joint, le montage est volontairement simplifié à l'extrème.
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[DAUDET78]

A propos Ravaner, ta dernière discussion http://forums.futura-sciences.com/ma...e-edition.html
Tu n'as jamais répondu? Pas de nouvelle? Ca marche? .... même pas un merci

[louloute/Qc]

Ton schéma montre un échantillonnage d’une tension avec des informations que je ne comprends pas sur les pulses d’échantillonnage (-4 0 0 5n 5n 400n 50u) (???) et des info un peu nébuleuses sur ton procédé.

Cependant, il faut rappeler qu’avec une tension Vgs<<0 un canal-N a une jonction D-S ouverte; mais qu’on ne peut lui imposer de TENSION positive gate-source car le JFet devient une diode, donc dans ton schéma si tu envoies une tension très positive, cette tension au travers de la 100k va charger ton condo.

Mais comme je viens de ‘booster’ ma boule de cristal, du même modèle que celle de Daudet achétée sur Ebay, je voudrais également te faire remarquer que le 2N4117 présente des condensateurs de l’ordre de quelques pF, que donc simplement au moment des transitions off-on et on-off ta capa de ‘mémoire’ de 3,3pF devient négligeable devant celles du transistor seulement.

[DAUDET78]

Ton schéma montre

Bonjour Louloute,
moi je n'ai rien en schéma, un cadre vide .....

[A voir en vidéo sur Futura]

[louloute/Qc]

Bonjour Daudet,

J’ai un schéma avec un géné de courant qui arrive sur le D du JFet, une capa de 3p3 sur la Source et une commande de G en tension au travers d’une 100k.

Il me semble que ce n’est pas la première fois que tu ne vois pas un schéma.

[DAUDET78]

Il me semble que ce n’est pas la première fois que tu ne vois pas un schéma.

Non, la première comme ça!

[louloute/Qc]

À tout hasard, un petit schéma sur une manière d’échantillonner qui fonctionne.

Erratum: lire '..que tu ne voiEs..' et non 'vois' (subjontif présent 2ème personne du singulier)

[louloute/Qc]

On dirait que j’ai oublié de joindre mon schéma.

En voilà deux :

[Ravaner]

Merci pour ta réponse Louloute. Le signal sur le gate est au repos au niveau -4 V et le pulse fait passer ce niveau à 0V (conduction) pendant 400 ns. L'échantillonnage se reproduit ttes les 50 µs. Malgré les capas du 2N4117, le 3.3 pF finit par se charger, mais je ne m'explique pas les pulses que je récupère à la sortie S. En gros tout se passe comme si au moment de la conduction du FET, il apparaîssait une diode (très) passante entre Source et Gate. Je rappelle que le courant inverse dans le gate est quasi nul.

[louloute/Qc]

C’est sûr, c’est sûr c’est sûr! Un Jfet c’est une diode Gate-Drain et Gate-Source;

Regarde comment c’est fait dedans :

http://www.onr.navy.mil/sci_tech/31/...s/d_jfet_p.gif

[Tropique]

Première remarque, les nanosecondes et les picoampères ne font en général pas très bon ménage.
Cela dit, rien n'empêche d'investiguer pour essayer de progresser, mais pour ça, il faut bien fixer les conditions de fonctionnment, et savoir exactement ce qu'on veut faire.
C'est valable aussi bien dans la réalité que dans la simu.

A première vue, ton montage serait un diviseur de courant: le courant de 10pA ne peut passer que pendant l'impulsion, et est donc multiplié par le rapport 0.4/50, soit 0.008. Le courant effectif de (dé)charge du condo serait donc de 80fA.
On peut essayer de le vérifier sur la simu (sachant que les résultats pour des conditions aussi extrêmes devront être pris avec une pincée de sel), mais il faut un peu mieux définir la simu: il faut choisir un timestep en rapport avec la vitesse des phénomènes à observer, ne pas trop se reposer sur les automatismes de LTspice en lui laissant choisir, il faut prendre une période de simu significative, 250m me parait beaucoup, et enfin, il faut imposer des conditions initiales. C'est important, parce que ton circuit final réel devra le faire aussi, pour initialiser la tension de la capa, et sans ça, les résultats pourront dériver tant qu'ils voudront lors du calcul des conditions initiales, et n'auront aucune valeur.
Le résultat est pAsampler:
la vue est zoomée en fin de la période de 25ms, quand la tension du condensateur a déjà pu dériver (la valeur de départ était 0): hors des impulsions, on est à une valeur moyenne de 118mV.
Si on fait le calcul, 25m* 0.08/3.3 ne devrait faire que 0.6mV; il y a énormément plus.
Mais un des problèmes du circuit, c'est qu'en fait il ne commute pas: avec une source de courant en entrée, les tensions vont simplement se décaler à -4V pendant la période de repos, mais le courant va continuer à passer. Ce ne sera donc pas 80fA qui vont aller dans la capa, mais 10pA; dans ce cas, on devrait en être à 76mV. C'est déjà plus proche, mais ce n'est pas encore tout à fait ça.
Il peut y avoir des effets de courants de fuite, d'injection de charge non-linéaire, etc, et cela peut être investigué.
Mais je crois que pour le moment ce n'est pas très utile, il faudrait d'abord que "répares" ton circuit sur le plan conceptuel; ensuite seulement ça vaudra la peine d'affiner l'analyse.

[Tropique]

Oui, au fait, le pulse que tu récupères, c'est juste l'injection de charge due aux capas parasites. C'est inévitable, et il faut s'en accomoder.

[louloute/Qc]

Petits problème de schémas qui sortent mal :

[Tropique]

Tiens, il semble qu'il y ait des problèmes: on essaye en jpeg.

[Ravaner]

Merci pour vos réponses. Louloute, je connais la structure interne d'un Fet, d'accord avec la notion de diodes internes, mais on parle de Fet pas de bipolaire donc le courant de fuite par le gate est très faible. Ah si j'avais le MosFet qui va bien ! Tropique je ne suis pas certain d'avoir tout saisi, comme en plus les schémas ne veulent pas sortir ... Je suis d'acord que le système adopté n'est pas idéal pour de la commutation de courants, mais je n'ai pas d'autre solution. Transformer ce courant en tension avec une résistance de très grande valeur (je possède) c'est envisageable, mais bonjour le bruit ... J'ai essayé l'ampli de transimpédance, mais on arrive rapidement à des blocages au niveau de la bande passante, d'où l'idée de passer à l'échantillonnage (piloté par un µcontrôleur et un Pc). Si vous avez rencontré un schéma où l'on échantillonne des courants, je suis client.

[Tropique]

Apparemment, le second schéma est sorti correctement.
Mais avec un MOS, ou n'importe quoi, tu aurais un problème similaire: si ton entrée est une source de courant vraie, sans limitation, elle fera passer son courant quoiqu'il arrive. La "solution" serait de mettre un clamp à diode p.ex.; pour dériver le courant quand il ne passe pas par le switch, mais pour le moment, je m'abstiens de ce genre de suggestion, parce que je ne sais pas exactement ce que tu veux faire, et qu'ajouter une diode dans le jeu de quilles, même si c'est une pA, risque de poser plus de problèmes que d'en résoudre.
En gros, je ne vois pas très bien pourquoi tu veux diviser (temporellement) un courant qui est déjà très faible à l'origine.

[Tropique]

Ps

Si tu veux voir ce qui se passe avec un switch totalement idéalisé, tu peux prendre le switch commandé en tension du simulateur, tu seras débarassé de toutes les contraintes pratiques des switches physiques, et ça te permettra peut-être de mettre en ordre tes idées.

[Qristoff]

Bonsoir,
tu cherches à charger une capa de 3,3pF ? connais tu la capacité de ton mos grille/canal ? et bien c'est le gros probléme de faire un bon echantilloneur !
ton pic de tension vient de l'apport de charge du mos. Pour mesurer des courants si faibles, il faut intégrer, intégrer, intégrer.... pour réduire l'effet des capas parasites.

[Ravaner]

Merci encore pour vos conseils. Je voudrais apporter quelques précisions. Pour l'heure je n'utilise pas de MosFet mais un JFet (2N4117). La réalisation pratique reflète, aux tensions près, ce que la simu prévoit (charge & décharge de la capa). J'échantillonne parce que mon signal varie très fortement dans le temps mais avec une périodicité de l'ordre de 50 µs. Pour info, sans échantillonnage, mais par amplification directe (transimpédance), on savait il y a 60 ans traiter ce genre de signal avec de bons vieux tubes. Le cahier des charges de l'époque : i < 100pA, BP de l'ampli > 30 MHz. Je me demande encore comment on faisait ! Dernière info mon courant d'entrée provient du choc de particules chargées (ions) sur un capteur.

[Tropique]

Dans ces conditions, l'échantillonnage ne t'apportera rien, à part des complications inutiles et des problèmes supplémentaires. Normalement, les techniques traditionnelles, bootstrap, compensations, etc devraient permettre d'y arriver.
Les tubes de caméra, plumbicon et autres, pour HDTV, exigeaient des performances de cet ordre pour leur préampli (ça date de 20 ans).
Si tu arrives à déterrer des designs de cette époque, tu pourras les réutiliser à peu près tels quels.

[Ravaner]

Il y a une bonne trentaine d'années j'ai bricolé une caméra avec un vidicon, et de mémoire on était dans les µA et non pas les pA, mais néanmoins je retiens la suggestion qui vaut la peine d'être creusée. Merci.

[louloute/Qc]

As-tu pensé au 4066? Elle devrait prendre facilement tes 400 ηs de pulse d’échantillonnage toutes les 50μs. Il se comporte en conduction comme une résistance de l’ordre de 30 Ω et un circuit vraiment ouvert à l’état off. Au fait, pourquoi seulement 3p3 de capacité si à tout prendre il s’agit de faire un passe bas (passe bande) à 20kHz?

Maintenant, c’est mauvaise médecine de chercher à échantillonner avant d’amplifier. La bonne habitude quand on traite des signaux faibles est d’abord de les amplifier et filtrer avant de les traiter.

En ce qui concerne le JFet et sa ‘grosse’ diode G-S, prends ton ohmmètre et mesure la; elle n’est pas si ‘grosse’ vu qu’elle risque de claquer après 10ma, mais elle est bel et bien là, dans la jonction G-D aussi d’ailleurs.

Peut-être peut-on t’aider davantage si tu nous donnais un schéma de ce que tu fais au juste.

[Ravaner]

J'avais pensé en priorité au 4066, malheureusement son courant de fuite OFF est totalement incompatible avec mon cahier des charges. Conclusion je vais revenir à l'ampli de transimpédance en multipliant le nombre d'étages pour conserver la bande passante nécessaire ... Ce que je souhaitais éviter. Je vais me replonger dans les amplis de cibles Vidicon, Plumbicon et Cie.

[jiherve]

Bonsoir,
ce type d'appli est typique d'un ampli transimpédance pour PM, chercher de ce coté là.
JR