Stromquelle

A

Was ich noch vergessen habe - Ich br=E4uchte das gleiche auch im Source Betrieb um den Strom in die Last zu treiben. Dieses Problem habe ich aber momentan noch bei Seite gelassen.

Lg, Christian

Hi Christian,

Eine, 2 oder gar 4? Ich versteh das noch nicht so ganz. Zwischen 1 nA und 1 µA ist ja schon ne Ecke dazwischen. Wie genau soll es denn sein? Welchen Innenwiderstand willst Du erreichen? Welche Quelle steht zur Verfügung? Wie sieht es mit dem dynamischen Verhalten aus? Die Last soll erdgebunden sein oder darf erdfrei sein? Du willst eine einzige Last wahlweise mit + oder - 1 µA bzw 1 nA durchströmen lassen?

Mach mal 6 Dekaden nach oben und stell es Dir dann noch einmal vor. In etwa so unterschiedlich werden die Konzepte wohl auch ausfallen können.

Marte

Simpler wären Stromspiegel a la BCV61 BCV62 aber nicht für beliebig kleine Ströme.

Was für Spannungen stehen zur Verfügung ?

MfG JRD

1uA

Es duerfen zwei Stromquellen sein. Ich habe einmal einen Sensor angeschlossen dessen Innenwiderstand zwischen 1k-100k liegt und welchen ich messen will. Der andere Sensor ist sehr hochohmig und liegt zwischen 10Mohm und 1Gohm. Es sind also zwei unabhaengige Schaltungsteile da ich auch der Meinung bin, dass das nicht mit einer Schaltung gut geht.

Das haengt denke ich ab von der Genaugigkeit welche ich erreichen will. Ich bin mit einer Messung im +5% Bereich mehr als zufrieden.

Ich habe DC +-5V zur Verfuegung. Im Notfall kann ich eine hoehere Spannung auch noch liefern. Da ich eben mit der Spannung sehr limitiert bin muss ich auch fuer die hohen Widerstaende einen sehr kleinen Strom erzeugen.

Ist eine DC-Messung.

erdgebunden.

wa

N/AN-31.pdf

Ein MOSFET ist denke ich nicht sehr gut wegen der integrierten diode zwischen drain und source - da habe ich in meinem temperaturbereich sicher schon probleme mit leakage currents. Aber so eine =E4hnliche Schaltung h=E4tte ich mir eh auch gedacht nur mit JFETs. Ich habe nur wie gesagt bedenken ob ich damit die 1nA sauber hinbekomme. Eine Stromquelle wo ich gesehen habe mit 10nA ist mit dem LM134

, seite

9)

Spannung +-5V

Danke, Christian

wolti_At schrieb:

Hallo,

wenn 1 µA durch 1 GOhm fliessen sollen brauchst Du dafür mindestens 1 kV, mit +- 5 V wird das nichts werden. Für 10 MOhm sind es immer noch 10 V Minimum. 1 nA durch 1 GOhm erfordert nur 1 V.

Bye

Die ist unkritisch, man kriegt MosFets ziemlich gut abgeschaltet, vgl die Specs von Analogschaltern CD4066. MosFet hat gegenüber dem JFet den Vorteil daß auch bei höherer Temperatur kaum Strom ins Gate fliest und Fehler verursacht. Deshalb nimmt man ja keinen Bipolartransistor. Der CD4007 hat noch Dioden gegen Vcc und Masse ( ESD-Schutzschaltung ) am Gate die hier aber nicht stören. Nachteil eines CD4007 besonders bei niederigem Strom: er ist sehr steil. Damit hat die Regelschleife oft Stabilitätsprobleme weil der OP durch die weitere Spannungsverstärkung nichtmehr unity gain hat. Kann man sich aber behelfen indem man bei single-Ops wie TLC271 oder besser TS271 den Bias und damit die bandbreite redziert. Beim CA3130 könnte man das auch konventionell über Kerko, der hat aber weniger gute Eingangsstufe weil deutlich älter. Problem bei CMOS-OPs ist wie gesagt daß die Eingänge nicht bis +5V sondern nur bis ca. +4V hochkommen. Ausgänge bei TLC271/TS271 dito, hilft aber Spannungsteiler ( der auch gain reduziert, was gut für Stabilität ist ).

MfG JRD

1uA 0

Genau darum gibt es ja zwei Stromquellen;) Weil ich zwei verschiedene Klassen von Eingangswiderst=E4nden messe.

Hallo Christian,

wolti_At schrieb:

für kleine Ströme würde sich ein chopperstabilisierter CMOS-OP eignen. Eine geeignete Schaltung könnte so aussehen:

1 Meg 100 k ___ ___ .----|___|-------------------o---|___|-----. | | | | | | === | | GND | | | AD8628 | | | | |\| | '------|-\ | | >---o .------|+/ | | |/| | | | | | ___ | ___ | .---------|___|------o------------o----|___|----' | | | 1 Meg .-. 100 k | | | - Uref | | Rx --- '-' | | | | | | === === GND GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05

Rx ist hier der Widerstand, durch den der Konstantstrom fließt. Uref wäre 1 mV für 1 nA, 1 V für 1 uA Konstantstrom, wobei wegen des Biasstromes des OPs und der Thermospannungen 1 mV wohl die untere Grenze sein dürften. Die Schaltung habe ich wegen des großen Spannungsbereiches an Rx schon eingesetzt, die Dimensionierung für Deinen Fall auf die Schnelle ohne Analyse vorgenommen. Die 1 Meg- und 100 K- Widerstände sollten wohl sicher gemacht sein, also paarweise ausgemessem sei.

Die Stabilität muß noch überprüft werden, die Einschwingzeit dürfte bei

1 Gohm wohl schon bei wenigen pF recht lang werden. Bei 50 pA Biasstrom z.B. könnte auch schon Guarding der OP-Eingänge notwendig werden.

Der AD8628 ist nur ein Beispiel, ich hab früher auch MAX420 (nach Gedächtnis) von Maxim eingesetzt, weiß nicht ob's die noch gibt. Es gibt noch andere Schaltungsprinzipien, aber dieses gefiel mir sehr gut. Bei 1 nA ist die Schaltung schon extrem empfindlich gegen Offsetspannungen, deshalb chopperstabilisiert. Ich bin nicht sicher, ob man deshalb für 1 nA nicht eine eigene Schaltung mit anderen Widerständen nimmt.

mfg. Winfried

Ein MOSFET ist denke ich nicht sehr gut wegen der integrierten diode zwischen drain und source - da habe ich in meinem temperaturbereich sicher schon probleme mit leakage currents. Aber so eine ähnliche Schaltung hätte ich mir eh auch gedacht nur mit JFETs. Ich habe nur wie gesagt bedenken ob ich damit die 1nA sauber hinbekomme. Eine Stromquelle wo ich gesehen habe mit 10nA ist mit dem LM134

, seite 9)

Hallo,

Das Prinzip dieser Schaltung ist das Beste was hier bisher angeboten wurde. Dafür brauchst du keinen LM134. Jede selbstgebaute Wald-Wiesen Stromquelle tut's hier. Die Referenzspannungsquelle hält die Spannung von 1,2V. Ob die 1mA oder 1,1mA bekommt, die 1,2V stehen wie ne 1. Nimm1 1Gohm für R4 und du hast deine 1nA Quelle. Alternativ könnetst du auch den Spannungsabfall an R3 auf 0,1V statt 1V einstellen. Dann kann der 100MOhm bleiben. Allerdings geht dann die Offsetspannung mehr ein. Als Opamp brauchst du einen mit wenigen pA Eingangsstrom. Irgendwas mit CMOS-Opamp. Für viel Geld ginge auch OPA124 u. ä..

Helmut

Hi Christian,

dann schreib doch, was Du machen willst und mach nicht drum herum. Wozu das Ganze Konstantstromgedöns? Es gibt die Brückenschaltung und im Zweifel auch einen Widerstandsteiler, den man danach recht einfach wieder korrekturrechnen kann. (Ent-)Ladekurven von Kondensatoren kann man ausmessen... Ich würde da kenen Aufstand mit Konstantstromquellen machen.

Na denn. Du bist Dir aber bewusst darüber, dass da bei 1 GOhm bereits ein Lufthauch mit der falschen Luftfeuchte am Epoxyd Leckströme produziert, die Dich sehr stören könnten? Vom Altmeister Bob Pease gibts ein nettes Appnote über Eingangsstrommessungen an OPs, die solltest Du mal lesen. 50 pA sind nicht viel, die kriechen schneller weg, als Dir lieb ist. Alle gut trocken halten und dann am besten versiegeln, sonst entwickelt sich Dein Gerät schnell zum Luftfeuchtemessgerät.

Gut, dann kann man die Brummeinstreuungen rausmitteln

Nun denn, wenn es unbedingt sein muss...

Good luck

Marte

An der oberen Temperaturgrenze. Bei Raumtemperatur viel niedriger. Been there, done that...

Die National LMP220X sind auch recht huebsch, jedenfalls von den Specs.

--
Uwe Bonnes                bon@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de

Institut fuer Kernphysik  Schlossgartenstrasse 9  64289 Darmstadt
--------- Tel. 06151 162516 -------- Fax. 06151 164321 ----------

Ich glaub deinen Messungen. Beim Design sollte man sich aber dennoch an die Specs halten, und die lauten eben 200pA bei T_a 25°C und

250pA an der Temperaturgrenze. OK, AD hat in der guten alten Zeit recht konservativ spezifiziert. Bei der Konkurrenz habe ich bei FET-Op-Amps aber die Erfahrung gemacht, dass die Max-Werte eher die typischen sind.

Ja, ist eventuell neuere Generation.

--
mfg Rolf Bombach

Rafael Deliano schrieb:

Mir fällt da der 1:100 Stromspiegel für pA in AN-240 von National ein, wurde der schon erwähnt?

--
mfg Rolf Bombach

Oder man muss eben selbst nachmessen, wenn einem der Parameter wirklich wichtig ist. 1 pA geht eben nicht auf dem typischen Waferprober, und schon garnicht in endlicher Zeit. Das gleiche gilt für 1/f-Rauschen. Wenn man das garantieren will und ein einzelner Chip blockiert den Wafertester für eine Minute.. das will niemand bezahlen.

Bob Pease @ National hat sich zu dem Thema gründlich ausgelassen.

Gruß, Gerhard

A

Hallo,

Nochmal vielen Dank an alle fuer die Hilfe - Ich war leider die letzten Tage unterwegs und konnte daher nicht frueher antworten auf alle Beitraege. Dank der vielen Posts und guten nachdenkem habe ich jetzt auch eine gute Loesung gefunden. Die Schaltung arbeitet mit zwei OPAMP wobei ich einen Low-Leakage Typ habe (fA Bias current). Dieser arbeitet als Spannungsfolger an dem zu messenden Widerstand. Der Ausgangs des Spannungsfolgers ist einmal mein Messsignal und geht zudem auf einen Differenzverstaerker (OP mit 4 Widerstaenden) mit R1- R2 und R3-R4 wobei beide das gleiche Verhaeltniss haben. Das Ausgangssignal des Spannungsfolgers geht zwischen R3 und R4. Der Ausgang des Differenzverstaerkers geht mit einem sehr grossen Widerstand zurueck auf zu messenden Widerstand. Sind nun beide Eingaenge auf der gleichen Spannung ist die Differenz 0 und der Ausgang des Differenzverstaerkers folgt dem Spannungsfolger. Damit liegt der Widerstand quasi "in der Luft" und beintraechtigt nichts. Wenn ich eines der Signale ansteuere beim Differenzverst=E4rker kann ich den Strom positiv und negativ machen.

Falls es jemanden interessiert mache ich eine Zeichnung und poste diese. Getestet habe ich es noch nicht in der Praxis aber ich bin sehr zuversichtlich, dass es gut funktioniert.

Lg, Christian

Hallo Christian,

wolti_At schrieb: [.....]

wäre vielleicht interessant, weil ich das jetzt so nicht überschaue.

Ich könnte vielleicht meinen Vorschlag von weiter oben nochmal präzisieren, weil der eigentlich für so einen Sensor IMHO die einfachste Lösung wäre:

b*R a*b*R

1 Meg 100 k ___ ___ .----|___|-------------------o---|___|-----. | | | | | || | === o-----||------o GND | || | | Ck | | | | |\| | '------|-\ | LMP2231| >---o Ua .------|+/ | | |/| | | | R | a*R | ___ | ___ | .---------|___|------o------------o----|___|----' | | | 1 Meg .-. 100 k | | | - Uref | | Rx --- '-' | | | | Ik | | === === GND GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05

Nehmen wir mal einen billigen OP wie den CA3160 und setzen R=1000 Megohm, dann könnte es für Rx=1000 Megohm und Ik=1 nA schon funktionieren. Die Schaltung habe ich nun doch mal berechnet, für den Fall b=1 hat sie interessante Eigenschaften:

Ik=Uref*a/R Konstantstrom

Ua=Uref*(1+a)*Rx/R Ausgangssspannung des OP

Ua gibt Dir direkt die zu Rx proportionale Größe mit Verstärkung (1+a)+Rx/R an. Allerdings wird die Offsetspannung auch mitverstärkt, deshalb schlug ich einen chopperstabilisierten OP vor.

Alternativ könnte auch R sehr groß gemacht werden, z.B. 1000 Megohm und Uref auch groß, z.B. 1 V, dann wirkt sich die Offsetspannung entsprechend weniger aus.

Letzten Endes wird die Dimensionierung auf den besten Kompromiß hinauslaufen. Evtl. könnte man sich noch etwas mit Kompensation der Offsetspannung überlegen, das ist hier nicht mit drin. Ck ist für die Stabilität nötig, die Größe müßte an die übrige Dimensionierung angepaßt werden. Ein Scope mit entkoppelter Leitungskapazität sollte zur Kontrolle immer mit am Ausgang hängen.

Die Auswirkung von a auf Bias- und Offsetgrößen habe ich nicht berechnet, würde ich aber nicht zu klein machen, denn das müßte IMHO zu einem unbestimmten Ausdruck führen.

mfg. Winfried

Winfried Salomon schrieb: [....]

das soll natürlich heißen:

Ik=Uref/R Konstantstrom

Die Verstärkung sollte (1+a)*Rx/R sein.

mfg. Winfried

Winfried Salomonschrieb: " [...]

Howland Strompumpe?

Dirk