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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sehr kleinen Strom messen


Autor: F. V. (coors)
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Hi,

Meine Frage ist zur Messung sehr kleinen Stroeme.

Hintergrund ist eine Messung von Photokonduktivitaet, d.h. ich nehme 
zwei Goldelektroden mit sehr geringem Abstand (20-50 um) und packe 
Halbleitermaterial dazwischen. Wenn ich nun Licht draufscheine kann ein 
Strom fliessen, da Elektronen ins Leitungsband angeregt werden. So weit 
so gut.

Allerdings sind die Stroeme im nano- oder sehr weit unterem uA Bereich, 
so dass ich mir nicht ganz sicher bin was die beste Loesung zur Messung 
ist. Die erhaltenen Werte muessen nicht absolut sein, relative Werte 
reichen hier vollkommen, da ich das "Device" dann sowieso kalibrieren 
muss.

Welche Messmethode ist hier die Richtige? Meine erste Idee ist einen 
Shunt mit OPV zu nehmen und an den ADC zu haengen.

Leider habe ich relativ wenig Vorwissen, was Messgenauigkeit von 
Analogschaltungen angeht.

Falls sowas garnicht ohne weiteres machbar ist wuerde ich trotzdem ne 
Antwort haben wollen. Picoamperemeter sind ja nicht gerade billig, ich 
hoffe dennoch das machen zu koennen, da mir ja relative Werte vollkommen 
reichen. Mein Schwerpunkt liegt eher auf Reproduzierbarkeit als auf 
Aufloesung.

Geeignete ICs waeren mir ehrlich gesagt am liebsten, aber bei Digikey 
konnte ich nichts brauchbares finden (auch weil ich nicht genau wusste 
wo ich da suche). Es gibt die CSLW Serie von Honeywell, allerdings ist 
die Empfindlichkeit beim kleinsten Sensor "nur" 25.5V/A.

Vielen Dank fuer die Hilfe,
Felix

Autor: SeppK (Gast)
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Hallo Coors,

dein Ansatz mit dem OPV ist schon richtig. Mit einem Shunt lassen sich 
da Ströme bis in den Nanoampere-Bereich messen. Allerdings sind die 
Anforderungen an den OPV schon recht hoch. Nimm einen Präzisions-OPV und 
benutze nur Metallschichtwiderstände und wenn die Anforderung an die 
Geschwindigkeit nicht sehr hoch sind, kannst du mit Kondensatoren alles 
ein bischen bedämpfen.

Autor: hela (Gast)
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Hallo,

sieh mal hier: http://www.national.com/an/AN/AN-242.pdf
Ab Seite 6: Picoammeter.

Ich würde einen LMC6062 dazu verwenden, da der sehr kleine 
Eingangs-Bias-Ströme hat und außerdem beschaffbar ist (z.B. Reichelt). 
Natürlich ist diese Wahl davon abhängig, welches Signalspektrum du 
erwartest.

Autor: Anton (Gast)
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Der Ansatz mit OPV ist OK.

Als OP-Amp würde ich einen Chopper-Op-Amp verwenden. Damit hast Du schon 
mal die Drift (vom OPV) besetigt.

Schau doch mal bei www.linear.com rein, die haben sehr gute geeignete
OPV (Zero-Drift). Einfach als I/U-Wandler schalten.

Schon Anfang der 80-er Jahre hatte ich damit (damals gab es nur einen 
Chopper-OPV von Intersil, 7650 hieß das Ding soweit ich mich erinnern 
kann) Ströme im pA-Bereich gemessen. Sollte also nicht so schwierig 
sein.
Der Rückkoppel-Widerstand war allerdings im oberen Mega-Ohm-Bereich und
teilweise größer..... Da hast Du dann ggf. Probleme mit den parasitären
Widerständen auf der Platine. Teflon-Platinen helfen dann ganz gut 
weiter.

Gruß

Anton

Autor: Michael O. (mischu)
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Es empfiehlt sich die Messleitungen differentiell auszuführen (da du 
zwei Elektroden hast). Damit keinerlei Müll von Außen  hineinkommt, nimm 
am Besten eine doppelt geschirmte Leitung. Den äußreren Schirm kannst Du 
auf Erde oder ein dir genehmes Bezugspotential legen, der inneren Schirm 
sollte möglichst auf halben Potenzial der beiden Leitungen liegen.
Ohne Schirmung kommt unnötig Störungen hinein, mit nur einem Schirm auf 
Erde können Leckströme fließen und kapazitiv ebenfalls leitungsgebundene 
Störungen reinhauen.

Autor: hela (Gast)
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>... Bezugspotential legen, der inneren Schirm sollte möglichst auf halben 
>Potenzial der beiden Leitungen liegen.

Na klar. Nur dass bei einer Strommessung der Potenzialunterschied 
zwischen beiden Messleitungen eben gegen Null gehen sollte.

Autor: faustian (Gast)
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Evtl einen Transimpedanzverstaerker?

Autor: F. V. (coors)
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Danke fuer die Antworten, ich denke mir ist somit geholfen.

Perfekt fuer mich ist die AN, ich werde erstmal Figure 11 probieren. 
Falls das nicht gut genug klappt ist Figure 12 ja auch noch eine gute 
Option.

Vielen Dank nochmal!

Felix

Autor: Arno H. (arno_h)
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Von Keithley gibts das LOW LEVEL MEASUREMENT HANDBOOK zum Download. 
Ernsthaft Interessierte bekommen auch ein gedrucktes Exemplar 
zugeschickt.
Dort findest du viele Tips für das notwendige Umfeld bei solchen 
Messungen.
http://www.keithley.com/knowledgecenter
Möglicherweise ebenfalls interessant:
http://www.keithley.com/knowledgecenter/knowledgec...

Arno

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Felix,

>Perfekt fuer mich ist die AN, ich werde erstmal Figure 11 probieren.

Nicht so schnell! Wie groß ist die Spannung, die du an die Probe 
anlegst? Betreibst du sie als Fotoelement oder im Quasi-Kurzschluß? Das 
bestimmt letztlich, welchen Schaltungsstyp du wählen mußt.

Kai Klaas

Autor: PC69 (Gast)
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Hi,

Also was ich mache ist quasi Kurzschluss bei ~100V Spannung. Ich habe 
nen DA-Wandler, der mir 0-5V Spannung ausgibt, die dann nen Faktor 20 
verstaerkt wird. Gemessene Stroeme sind wie gesagt kleiner 10 uA.

Wo genau liegen die Unterschiede bei einer Strommessung fuer Fotoelement 
vs. quasi-Kurzschluss? Da ich das Device selber herstelle bin ich 
eigentlich flexibel.

Bisher habe ich immer ein Keithley 6487 benutzt. Das ist ein 
Picoamperemeter mit eingebauter Spannungsquelle, die ich dann verstaerkt 
habe. Mein Ziel ist es nun statt einem Kanal 6 Devices gleichzeitig 
auszuwerten, ohne dass mein Chef mich erschlaegt wenn ich ihm sage er 
soll mir mal eben noch 5 Keithleys kaufen :)

Sorry falls meine Problemstellung zu schwammig war, der Unterschied 
zwischen Fotoelement und quasi-Kurzschluss ist mir nicht ganz klar.

Felix

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Felix,

>Also was ich mache ist quasi Kurzschluss bei ~100V Spannung.

"Quasi-Kurzschluß" heißt, daß die an der Photodiode anliegende Spannung 
0V ist. Da du aber bis zu 100V anliegen willst, ist das also kein 
Kurzschlußbetrieb.

Da die Foto-Ströme doch bis zu 10µA betragen können, würde ich das so 
probieren wie im Anhang.

Kai Klaas

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