Circuit : Conception d'un picoampèremètre maison

Lors de la prise de mesures dans des chambres d'ionisation et d'autres capteurs de rayonnement, il est souvent essentiel de gérer des courants extrêmement faibles, de l'ordre du picoampère au microampère. Découvrez cette conception de picoampèremètre datant de 2012.

La conception du picoampèremètre

L'instrument décrit ici peut être utilisé pour mesurer des courants allant d'environ 0,1 pA à 1 μA, sans qu'il soit nécessaire de changer de gamme. Une approche consiste à exploiter la courbe caractéristique logarithmique d'une diode au silicium, la tension de la diode étant tamponnée par un opamp CMOS de type TLC272. Pour la première expérience, nous avons utilisé une diode au silicium 1N4148 (voir circuit l/h). Cependant, le courant le plus faible mesurable à l'aide de ce dispositif était supérieur à 10 pA, car en dessous de cette valeur, les caractéristiques de la diode s'écartent de la courbe logarithmique.  Une diode particulièrement performante avec un courant inverse très faible est la diode porte-source à l'intérieur d'un JFET BF245 (voir le circuit du bas). Elle permet de mesurer des courants inférieurs à 1 pA. Pour calibrer le circuit, nous utilisons des courants connus à l'entrée et mesurons la tension de sortie : than 1 pA. To calibrate the circuit, we use known currents at the input and measure the output voltage:
 
Les valeurs ci-dessus suivent de près une courbe logarithmique : chaque augmentation du courant d'un facteur dix donne une augmentation de la tension de sortie de 70 mV. Nous avons déjà couvert quatre décennies : le graphique montre comment la courbe peut être étendue à des courants encore plus faibles.

Les expériences montrent qu'il est même possible d'obtenir des résultats exploitables avec des courants inférieurs à 1 pA. Dans ce cas, cependant, il est essentiel de protéger soigneusement l'ensemble du circuit, y compris l'objet testé, contre les effets des champs externes. Pour le prototype, une boîte métallique a été utilisée avec des traversées.
  Quelques résultats obtenus avec le prototype :

• Chambre d'ionisation avec un échantillon de pechblende : environ 1 pA ;
• Photodiode BPW34 utilisée comme détecteur de rayonnement (dans l'obscurité totale) : environ 10 pA ;
• Lampe à incandescence brûlée : environ 100 pA ;
• Lampe halogène brûlée : environ 0,1 pA.

Ces deux derniers résultats montrent que le verre de quartz est un bien meilleur isolant que le verre ordinaire.

Picoampèremètre et plus

L'article de Burkhard Kainka, « Picoampèremètre », est paru dans l’édition d’Elektor octobre 2012, que les membres d'Elektor peuvent télécharger immédiatement. Les avantages réservés aux membres comprennent un abonnement à ElektorMag, un bon d'achat de 10 % dans la boutique Elektor pour de nombreux produits et un accès complet à la bibliothèque en ligne d'Elektor. Si vous souhaitez devenir membre, inscrivez-vous dès aujourd'hui.


Note du rédacteur : Cet article a été publié dans une édition précédente de notre magazine. Veuillez noter que certains des produits ou circuits imprimés mentionnés peuvent ne plus être disponibles dans notre magasin ou ailleurs. Toutefois, nous pensons que le contenu éducatif reste précieux et nous espérons qu'il vous incitera à vous lancer dans de nouveaux projets passionnants.