Picoammeter Eigenbau machbar?

Jun 18, 2006 29 Replies

Hallo,



von Keithley und HP gibt es hochempfindliche Strommessgeräte, die Ströme im Bereich von weniger als 200fA messen können. Oder rauscharme Stromverstärker wie zB. der da.

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Benötigt werden solche Schaltungen beispielsweise für Rastertunnelmikroskope oder Röntgen-Fotodioden.



Weiß jemand, ob/wie ich mit handelsüblichen bzw. "günstigen" Bauteilen so etwas selber bauen kann? (Ich nehme an das sind irgendwelche trickreichen Schaltungen mit OP's oder so.) Konkret benötige ich etwas für den Bereich 0.1pA .. 200µA bei etwa 10Hz.



Danke!



Christian



Hi Christian,

in dem Buch "Photodiode Amplifiers" von Jerald Graeme sind viele schaltungstechnische Tricks beschrieben.

Gruss Michael

"Christian Hoffmann" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@individual.net...

Geht schon, Keithley hat es ja auch geschafft, aber ich wuerd bei

100fA und 10Hz mal die Anzahl der Elektronen ausrechnen, aus denen du einem Impuls verstaerken willst.

An statt mit obskuren diskreten Bauteilen rumzumachen, wuerd ich einen OpAmp nehmen, und mit dessen Daten zufrieden sein. Der AD549L ist ein Klassiker unter den Elektrometerverstaerkern.

Willst du mehr, wird deine Eigenentwicklung schnell teurer als das Fertiggeraet.

Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/ de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask. Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

Christian Hoffmann schrieb:

Hallo,

dazu braucht man auch im kritischen Bereich eine extrem saubere=20 Leiterplatte, spezielle Teflonisolatoren, Schutzringe und ein=20 durchdachtes Layout. Auch die Oberfl=E4chen von Bauteilen im kritischen=20 Bereich m=FCssen extrem sauber sein.

Bye

"Uwe Hercksen" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mew.uni-erlangen.de...

Ach was, bei Einzelstueckaufbau einfach DeadBug mit durch die Luft gehenden Draehten. Wichtiger ist die Metallkastenabschirmung um jede Stufe, damit in diese hochohmigen Leitungen nicht kapazitiv einkoppelt und die Vertaerkung nicht zum Schwingen fiehrt. Diese Metallkaesten schliesst man an die Ausgaenge an, also als 3d-Guard-Ring der Luft drumrum. Hinweise zum Aufbau finden sich aber in Google wenn man Femtoampere eintippt haufenweise.

Ja, hab mal ewig nach eine Leckage gesucht, bis ich rausfand, das eine nur mit Isopropanlol gewaschene Teflon-Isolierung eines Steckers schuld war, hatte 10 mal weniger Widerstand als die Quelle.

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"MaWin" schrieb im Newsbeitrag news:e76j3p$lr0$ snipped-for-privacy@online.de...

Hallo MaWin,

welches Mittel hift denn besser um wenig Leckstrom zu erreichen?

Gruß Helmut

Helmut Sennewald schrieb:

Hallo Helmut, das lag wohl nicht am Isopropanol an sich, sondern eher an dessen mangelnde Reinheit. Wir benutzen Isopropanol (hoher Reinheit) zur S=E4uberung mit extremen Anforderungen (Nanometermessungen) Gruss Harald

Hallo,

wir haben solch ein Keithley Femtoamperemeter hier im Kraftwerk. Das kostete mal eben 13 kEur. Ich wage es zu bezweifeln, dass Du mehrt als Rauschen messen wirst, denn da steckt ja das Geld drin, das Nutzsignal welches weit unterhalb eines in die Luft gehaltenen Metallstabes liegt zu extrahieren.

Gruss, Christian

Christian Hoffmann schrieb:

Ach, daß es die noch gibt... heheh.

[...]

Entweder entsprechende Literatur der Messtechnik lesen, oder mal dieses kleine Büchlein bestellen:

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Die machen auch Workshops; man erfährt da zwar nichts wirklich neues, und die wollen auch ihre Geräte dort anpreisen, aber man bekommt Kafee & Kuchen und ein gedrucktes Exemplar von dem Büchlein. (Und auch Plakate für's Labor (Fehlersuche-Checklist) :))

Als Nachschlagewerk ganz nett gemacht, finde ich.

Jedenfalls bekommt man sowas von deutschen Herstellern nicht; die sind nämlich entweder nicht gewillt oder nicht in der Lage, so etwas zu produzieren.

Ausserdem waren die Amis echt nett und sehr witzig bei der Präsentation. Dieser Workshop war ne gute Einlage letztes Jahr hier in Berlin.

Wie gesagt, revolutionäres steht da nicht drinne, aber da Du ja mit solchem Zeugs wohl noch nicht viel gemacht hast, mag das Heft für Dich eine Offenbarung sein. ;-)

Ciao, Oliver

Freiflug-Verdrahtung mit ein paar mechanischen Stützpunkten, dann das ganze in ne Vakuum-Kammer, und tiefkühlen nicht vergessen.... und Trittschalldämpfung um das Gerät herum, usw...

Kommt eben immer drauf an, wie weit man es denn treiben will... :)

Wer auf Leiterplatten nicht verzichten will, sollte einen Handfräser sein eigen nennen...

Ciao, Oliver

Christian Hoffmann wrote: [...]

Und wozu benötigst Du es?

Ja, OPs sind OK.

Entsprechender Typ wurde ja hier bereits genannt.

Gruß, Oliver

100 fA bis 200 uA sind ueber 9 Dekaden. Damit wirst du 4-6 Bereiche umschalten muessen. Dass macht die ganze Sache noch aufwendiger...
Uwe Bonnes bon@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de Institut fuer Kernphysik Schlossgartenstrasse 9 64289 Darmstadt --------- Tel. 06151 162516 -------- Fax. 06151 164321 ----------

"Helmut Sennewald" schrieb im Newsbeitrag news:e76m6m$te2$02$ snipped-for-privacy@news.t-online.com...

Keine Ahnung, anderen Stecker angeloetet, aber es wird was gewesen sein, das sich in Isopropanol (IPA Spray von Kontakt Chemie) nicht loest.

Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/ de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask. Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

sowie das Büchlein "Low Level Measurements" von Keithley, Yeager und Erdman. Dort werden einige Kniffe der Picoamperemeter angesprochen.

Preiswert und billig scheidet sich hier. Klassiker sind nebst dem erwähnten AD549 der AD515, OPA111 und OPA128. Je nach Kompromiss bezüglich Geschwindigkeit, Offsetspannung usw. Heute würde ich zuerst einige billige CMOS Opamps ausprobieren, Eingangsstrom wär klein genug, Offsetspannung fraglich.

Was Offsetspannung für Ärger bereitet, wie sich T-Netzwerke in der Gegenkopplung da negativ auswirken, oder auch nicht, dazu würde ich zuerst diverse Literatur konsultieren. Also etwa die Datenblätter der genannten Opamps, dort sind immer einige Tricks und einige Applikationen drin. Dann etwa Appnotes:

Natsemi AN-242 (was tue ich, damit das pAmperemeter bei Kurzschluss am Eingang nicht ausflippt), LB-37 (Schaltung ohne Hochohmwiderstände), AN-241 (Offsetspannung versus Eingangsstrom bei T-Netzwerk-Gegenkopplung).

Burr-Brown/Texas Instruments: AB-075 (Rauschen, mehrstufige Verstärker). Plusminus einige Nummern, bei denen es ebenfalls um Photodiodenverstärker geht.

mfg Rolf Bombach

"MaWin" schrieb im Newsbeitrag news:e792e8$srk$ snipped-for-privacy@online.de...

Hallo,

vielen Dank an alle die geantwortet haben. Es sieht damit so aus, dass Isopropanol selbst prinzipiell nichts Schlechtes ist.

Gruß Helmut

Fuer empfindliche Strom-Spannungswandler wird der hochohmige Widerstand nur von dem noch hochohmigeren Widerstand uebertroffen...

T-Netzwerk und Verstaerkerketten sind da nur Kruecken..

Bei Farnell gibt es Widerstaende bis 50 Gigaohm, allerdings gerade nicht auf Lager.

Uwe Bonnes bon@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de Institut fuer Kernphysik Schlossgartenstrasse 9 64289 Darmstadt --------- Tel. 06151 162516 -------- Fax. 06151 164321 ----------

Helmut Sennewald schrieb:

Noch besser ist eine Mischung aus Ethanol und Isopropanol (gängig als Flußmittelverdünner für Wellenlötanlagen).

Dipl.-Ing. Tilmann Reh http://www.autometer.de - Elektronik nach Maß.

Tilmann Reh schrieb:

Hallo Tillmann, da wir uns immer f=FCr spezielle Reinigungs- methoden interessieren, m=F6chte ich mal nachfragen, welche Stoffe sich ausser Flussmittel gut in Deiner Mischung l=F6sen und welches Mischungsverh=E4ltnis du verwendest? Gruss Harald

Harald Wilhelms schrieb:

Das Mischungsverhältnis ist wohl ca. 1:1, in der Praxis aber relativ unkritisch. Der Knackpunkt bei der Mischung dieser Alkohole ist der, daß damit sowohl polare (Ethanol) als auch unpolare (Isopropanol - oder war es genau umgekehrt?) Rückstände gelöst werden.

Genau deswegen wird auch diese Mischung als "Träger" für das Flußmittel verwendet, denn da müssen sowohl die Aktivatorsalze (polar) als auch das eigentliche Flußmittelharz (unpolar) in Lösung bleiben.

Wir haben festgestellt, daß diese Eigenschaften des Verdünners (also der reinen Alkoholmischung ohne die übrigen Zugaben) auch beim Saubermachen extrem hilfreich sind. :-)

Dipl.-Ing. Tilmann Reh http://www.autometer.de - Elektronik nach Maß.

Tilmann Reh schrieb:

=DF

ttel

der

Gut, dann werden wir das mal testen. Vielen Dank! Gruss Harald

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