Stromquelle

Hi Winfried,

Soweit ich mich recht entsinne (hatte mich anno 1999 eingehend mit Stromquellen befasst), waren die seinerzeit als Akademisches Konstrukt verschriehen, weil sie in der Praxis wegen der allgegenwärtigen Toleranzen der Widerstände und OPs nicht wirklich hochohmig seien. Ich hatte es dann allerdings gleich gar nicht mehr damit versucht, weil andere Arbeitsgruppen das schon verworfen hatten, damit ihre Stromquellen zu bauen. Ich konnte aber auch ganz gut damit leben, dass ich nur gegen virtuelle Masse getrieben hatte, womit sich die Schaltung zugunsten eines invertierend beschaltenen OPs ergab, dessen Rückkopplungszweig die Rx war. Hier ist die Sache mit dem Guarding recht einfach zu lösen.

Marte

Die AoE Autoren sind da brutal ehrlich. Kapitel 4.09, bei mir Seite 182, Zitat "Figure 4.12 shows a nice "textbook" current source". Howland Sources sehen oft nur auf Papier und im Simulator gut aus.

Winfried Salomonschrieb: "

Die Schaltung soll ja etwas empfindlich darauf reagieren, wenn die Widerstände nicht exakt stimmen. Habe selbst noch nicht damit experimentiert - nur gelesen. Wie gut ist das in den Griff zukriegen? Reicht da 0,1%?

Dirk

Hallo Marte,

Marte Schwarz schrieb:

ich selbst habe die Schaltung nicht als Stromquelle eingesetzt, sondern anderweitig. Aber bei genauerer Betrachtung der Toleranzempfindlichkeiten fällt auf, daß Rx nicht wesentlich größer als R werden sollte, da die Fehler ungefähr mit (1+a)*Rx/R verstärkt werden, auch der Mißmatch der Widerstände. Habe mir das nochmal in der Simulation angesehen. So gesehen, müßte man also 1 Tohm für R wählen, um diesen Einfluß bei max. 1 nA Konstantstrom auszuschalten. Im Moment kommt mir das etwas viel vor, weiß nicht ob sowas sinnvoll ist.

Die Auswirkung des OPs konnte ich nicht erkennen außer den Bias- und Offsetgrößen. Der LMP2231 und AD8628 verhalten sich als Simulationsmodell hinsichtlich Leerlaufverstärkung und CMRR unproblematisch, was natürlich nicht unbedingt was heißen muß.

Mir scheint das mit den R= 1 TOhm der Haken an der Sache zu sein. Wäre noch herauszufinden, ob andere Schaltungsprinzipien da mit kleineren Widerständen auskommen können. Das mit dem geregelten MOSFET ginge natürlich unipolar am einfachsten, aber Leckströme von wenigen pA kommen mir jetzt ohne nachzuschauen auch ziemlich klein vor. Habe grade mal beim BS170 nachgesehen, weil ich den manchmal einsetze, 0.5 uA Reststrom, viel zuviel.

Die anderen Schaltungen mit OPs, die ich gesehen habe, scheinen mir im Moment keine erkennbaren Vorteile zu bringen.

mfg. Winfried

Hallo Dirk,

Dirk Ruth schrieb:

hab das nochmal grob untersucht, der Mißmatch von R wirkt sich ungefähr reziprok zu (1+a)*Rx/R aus. Wenn ich R=1 Tohm wähle und 1% variiere, so wird die Forderung eingehalten. Mit R=1 Megohm und Rx=1 Tohm allerdings verschärft sich die Forderung auf auf 1.e-3%, was nicht mehr realisierbar ist.

Hier darf also Rx nicht wesentlich größer R werden. Ob die verwendeten Simulationsmodelle der OPs wirklich praxistauglich sind, ist auch noch die Frage.

Allerdings sehe ich im Moment keine Alternative, mit kleineren Widerständen auszukommen.

mfg. Winfried

Joerg schrieb:

Funktionieren nur von 12:00 Uhr bis Mittags :-)

Butzo

Winfried Salomonschrieb: "

Anderer Vorschlag. Es gab/gibt von Tek einen Curve Tracer 370B, dessen Step-Generator

50nA bis 200mA mit einer Genauigkeit von 1nA bereitstellen konnte/kann. Vieleicht kann man da noch mehr herausholen. Das Service-Manual mit den Schaltplänen kann man sich bei Tek herunterladen, wenn man sich mit seiner Email registriert hat.

Dirk

Dirk Ruthschrieb: "

Vieleicht ist

letzte Seite auch eine Möglichkeit. Zumindest steht "Praktische Elektronik" darüber ;-)

Dirk

Hallo Dirk,

Dirk Ruth schrieb: [.....]

das mit dem Optokoppler sieht schon etwas ungewöhnlich aus, müßte man sich mal ansehen. Aber es steht auch ein nichtinvertierender Stromverstärker drin, in der Richtung ist hier auch etwas interessantes drin:

in

3.4.9 ist ein invertierender Stromverstärker zu sehen.

Es gibt auch für Stromverstärker Grundschaltungen, die offenbar selten erwähnt werden. Dann wiederum ist das Toleranzproblem der Howland-Stromquelle lösbar, wie das der anderen OP-Stromquellen. Die Realisierung könnte so aussehen:

b*R a*b*R

10 Meg 1 Meg ___ ___ .----|___|-------------------o---|___|-----. | | | | | || | === o-----||------o GND | || | | Ck | | | | |\| | '------|-\ | LMP2231| >---o Ua .------|+/ | | |/| | | | R | a*R | ___ | ___ | .---------|___|------o------------o----|___|----' | | | 10 Meg .-. 1 Meg | | | - Uref | | Rx --- '-' | | | | Ik | | === === GND GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05

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

mit: a=0.1 b=1 R=10 Megohm Rx=1000 Megohm

Jetzt ersetzen wir Rx durch Rx'=10 Megohm wegen Rx----o-------|-\ | ___ LMP2231| >---o--|___|------. .----|+/ | | |/| 10 Meg | | | | | '-------------------------o | \|/ | Ik | | .-. | | 1000 Meg| | Rx '-' | | === GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05

Den setzen wir anstelle Rx' ein. Bei den Widerständen reichen hier 1% Toleranz aus, 10 Megohm kann man noch beschaffen.

Ik/Ik' = -R1/R2 Stromverstärkung

Der Strom wird hier also um -100 von 100 nA auf -1 nA runtergesetzt, was mit dem Op geht, nur der Offset muß beachtet werden. Die Messung der Spannung an Rx geht dann so:

Ua = -Uref*(1+a)*(Rx/R)*(R2/R1)

Ik'=Uref/R

Ua=Ik*(1+a)*Rx mit Ik= -1 nA

Mit Uref= +-1 V sieht die Schaltung recht gut aus. Was noch übrig bleibt wäre die Stabilität, die müßte ein Testaufbau zeigen, in der Simulation stößt man hier schon auf Konvergenzprobleme.

mfg. Winfried

Winfried Salomon schrieb:

Die Schaltung aus

zum Absenken von Ik' bringt noch mehr Vorteile:

.-------------. | | | | | | Ik' 101 k | |/| | URx ___ | /-|-----o----------------o ---->----o--|___|----o----< | LMP2231 | \+|-------. | R2 |\| | | | | | | 10 Meg | | ___ | '----------------|___|------o | R1 | \|/ Ik | | | .-. Rx | | 1000 Meg | | '-' | | === GND (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05

Ik/Ik'=1/(1+R1/R2)

Sie ist bidirektional, kann also auch verstärken und invertiert nicht, dadurch ist evtl. nur 1 OP-Versorgung nötig. Die Spannung an Rx kann auch ohne Umrechnung an URx abgenommen werden und gleichzeitig ist das ein guter Punkt für Guarding.

Aus Sicht der Stromquelle ändert sich nichts, es muß auch nicht die Howland-Quelle sein, aber die anderen haben IMHO die gleichen Probleme mit den Toleranzen, außer man macht es mit FET.

mfg. Winfried