Abstract
This work focuses on the development and design of a
measurement circuit for low currents. Installation consists of three stages
where the first is the current preamplifier, the second is an instrument
amplifier followed by a pulse shaper. The approach used is to give negative
feedback on the current preamplifier with a voltage-controlled MOS transistor
on its gate. This evenly allows for better resolution than conventionnal
structure with feedback resistance. A 20 decibels amplifier is applied to
reduce white noise from the previous stage. A three ordre pulse shaper is used
to limit the frequence spectrum allowed by the measurement system. This allows
the linearization of the circuit whith a -22.22% slope over its linear
operating zone. So, we can read currents of the picoampère order with a
minimum of 1pA. Simulations are performed on Proteus and MATLAB software.
Keywords : Low current, Measure,
Linear, Proteus
xii
Nomenclature
CAN : Convertisseur Analogique Numérique
CNA : Convertisseur Numérique Analogique
AOP : Amplificateur Opérationnel
AI : Amplificateur d'Instrumentation
CI : Circuit Intégré
TOR: Tout Ou Rien
CPM : Channel Photo Multiplier
E/B : Échantillonneur Bloqueur
PS : Pulse Shaper
TRMC : Taux de Réjection en Mode Commun
BP : :Bande Passante
SNR : Signal Noise Report
VGS : tension Grille-Source
VTH : tension de seuil
VDS : tension Drain-Source
1
Introduction générale
Depuis la nuit des temps, l'Homme ne peut se dispenser de
quantifier des phénomènes qui l'intrigue, que ce soit dans le
domaine des sciences naturelles ou des sciences empiriques. C'est dans ce
même sens que Paul Valery affirme « Ce monde est
pénétré des applications de la mesure; toute connaissance
non mesurable est frappée d'un jugement de dépréciation.
Le nom de science se refuse de plus en plus à tout savoir intraduisible
en chiffre ». Dans les sciences techniques, les systèmes de mesure
des grandeurs diverses tels que les distances, les volumes, les forces, les
tensions électriques, les courants électriques, les puissances
électrique ou mécanique, pour ne citer que celles-ci, quel que
soit leur ordre de grandeurs ont vus le jour au fil des années. Par
ailleurs, pour tous ces systèmes il faut s'assurer de la justesse des
résultats. Les domaines tels que la médecine, l'astronomie, la
spectroscopie ont des exigences formelles en ce qui concerne les
systèmes de mesure intégrés, plus
précisément la mesure des flux de courants électriques.
Dans les domaines médicaux, les membranes biologiques
ayant des propriétés électriques mal connu jusqu'à
aujourd'hui, en raison de leurs sensibilités élevées pour
la détection des agents pathogènes [1], la mesure des courants
biologiques avec très grande précision, bien que très
faible peuvent permettre de mieux appréhender le comportement des
cellules et par conséquent mieux diagnostiquer les maladies.
Dans le domaine de l'astronomie, la course à la
conquête spatiale qui connait une évolution soutenue tant sur le
plan électronique que informatique ont poussées les scientifiques
à développer des instruments de mesure permettant de lire des
énergies aussi faibles que possible [2]. Avec le développement de
la physique des faisceaux de particules radioactives, les particules lourdement
chargées sont utilisées en médecine thérapeutique
pour le traitement des tumeurs inopérables [3]. Pour ce faire les
circuits avec hautes résolution ont été
développés afin de contrôler et mesurer les faisceaux de
particules créant des faibles courants.
Mémoire de Master of Sciences en Physique @PANCHA Y.
Hertz
option Electronique, UY1
2
C'est dans cette optique que s'inscrit ce mémoire dont
l'objet est de concevoir le début d'une chaine de lecture
constitué du capteur, du conditionneur et la partie visualisation. Le
circuit de front d'une chaine de mesure est entachée d'erreurs et des
grandeurs parasites qu'il faudrait éliminer, car elle est la principale
garante d'une bonne lecture. Une particularité des circuits de
traitement des courant d'amplitudes faibles est que ce courant est facilement
influençable par les imperfections préexistantes des circuits
électroniques (bruits, offset, charges d'injections etc...) faussant
ainsi la mesure. Par conséquent leur élimination est le
défi majeur á relever.
Notre travail qui porte sur le thème « Nouvelle
approche de développement et conception d'un circuit de mesure de
faibles courant » sera structuré en trois chapitre comme suit :
-- Le chapitre un « Généralité sur
la chaine de mesure » sera consacrer à la chaine de mesure dans sa
globalité. Nous développerons la structure générale
d'une chaine de mesure
-- Le deuxième chapitre intitule «
Modélisation classique des éléments de la chaine de mesure
de courants » traitera les différents modèles de chaque
étages d'une chaine de mesure fréquemment utilisé pour la
mesure, ensuite les différents types d'éléments parasites
qui peuvent perturber notre lecture et sera clôturé par le
comportement des transistors de type MOS et leurs régimes de
fonctionnement.
-- Le chapitre trois, « Simulations, résultats et
discussions » où nous détaillerons le fonctionnement des
différents éléments conçus de notre circuit de
mesure de faibles courants, le résultat des simulations, le design de la
carte imprimé pour clôturer avec une conclusion
générale et une discussion sur les résultats obtenus.
| 
