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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Impedanzwandler fuer GOhm-Quelle


Autor: Jan (Gast)
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Hallo zusammen!

Ich habe hier einen Spannungsteiler fuer Hochspannung, der obere 
Widerstand ist etwa 100-1000GigaOhm gross und der untere 1GOhm (fest). 
Die anliegende Spannung variiert zwischen 800V und 7kV. Ich wuerde gerne 
die Spannung am Mittelabgriff messen, nur benoetige ich dafuer einen 
Impedanzwandler der die Quelle kaum belastet, also nur wenige pA 
aufnimmt... Hat jemand eine Idee was ich da nehmen kann? fmax ist 10kHz.

Danke und Gruss,

Jan

P.S.: Nein, ich kann die Widerstaende leider nicht aendern :-(

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein FET OpAmp, sofern die spannung nicht zu hoch ist.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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AD515 und seine Nachfolger, nur so als Beispiel

Autor: Ulrich (Gast)
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Dafür kann man Operationsverstärker mit MOSFET-Eingang nehmen. Die 
Üblichen Verdächtigen wären CA3140, TLC 271, ICL 7611.

Wegen der Spannung wird man ja vermutlich Typen nehmen die auch etwas 
mehr Versorgungsspannung vertragen (z.B. 24 V). Viele neue Typen fallen 
dadurch raus.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Jan (Gast)

>Widerstand ist etwa 100-1000GigaOhm gross und der untere 1GOhm (fest).
>Die anliegende Spannung variiert zwischen 800V und 7kV.

1000 GOhm = 1 TOhm, macht bei dir zwischen 0,8..7nA.
Wenn du max. 1 Promille Fehler haben willst, darf dein OPV max. 0,8pA 
Biasstrom haben. Sowas gibt es problemlos von mehreren Herstellern.

>aufnimmt... Hat jemand eine Idee was ich da nehmen kann? fmax ist 10kHz.

Das schaffst du aber nur, wenn der Spannungsteiler kompensiert ist. Denn 
sonst ist es Essig mit 1TOhm und 10kHz.

MFG
Falk

Autor: A. K. (prx)
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Aus dem gleichen Grund könnte die Eingangskapazität des 
Impendanzwandlers sehr viel interessanter sein als der Eingangsstrom. 
Mag jemand mal ausrechnen, was bei 1 Promille Fehler maximal zulässig 
ist ;-).

Autor: Tom (Gast)
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1 Gigaohm bei 10 KHz wären so etwa 0,01 Pikofarad - autsch!

Autor: Jan (Gast)
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Erstmal vielen Dank fuer Eure Antworten!

Mit der Eingangsimpedanz muss ich dann mal schauen, prinzipiell koennte 
ich runter bis 20Hz, also stabile Ausgangsspannung nach 50ms. Noch etwas 
zum Hintergund: Der 1TOhm Widerstand sind in eigentlich zwei Elektroden 
im Vakuum mit einem Abstand von 20um, durch Feldemission fliesst ein 
Strom der exponentiell von der angelegten Spannung abhaengt. Bei 800V 
sind das etwa 1nA, bei 3kV etwa 1uA. Das ganze haengt sehr stark von der 
Oberflaechenbeschaffenheit der Elektroden ab, und genau die will ich 
damit messen. Da ich diese Messung sehr haeufig machen will, so ca. 
10000 mal, sollte die Messung sehr schnell sein. Die 800V-3kV kann mein 
Netzteil in 50V Schritten abfahren, pro Schritt braucht es 50ms 
Einschwingzeit (vermutlich weniger). Dann soll der Strom gemessen werden 
und das ganze beginnt von vorne... Bis jetzt habe ich ein integrierendes 
Elektrometer genommen, das braucht pro Messschritt 20s...

Danke nochmal und Gruss,

Jan

Autor: Jan (Gast)
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Achso, 10% Fehler sind kein groesseres Problem, besser natuerlich immer 
gerne :-)

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Jan schrieb:
> Erstmal vielen Dank fuer Eure Antworten!
>
> Mit der Eingangsimpedanz muss ich dann mal schauen, prinzipiell koennte
> ich runter bis 20Hz, also stabile Ausgangsspannung nach 50ms.

das erleichetert die Frequenzkompensation deutlich, da weit ab von 
10000Hz

> Da ich diese Messung sehr haeufig machen will, so ca.
> 10000 mal, sollte die Messung sehr schnell sein.

Aber nicht 10000x pro Sekunde. Es reicht wohl, wenn Deine A/D Wandler 
Richtung 10 - 40  Messungen pro Sekunde ausgewählt werden.
Die erste Messung startet man sinnvollerweise 45 ms nach dem das 
Netzteil auf die neue Spannung programmiert wurde.  Nur mal als 
Beispiel.

Autor: Jan (Gast)
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Ja, so hatte ich das vor. Oder direkt das Ausgangssignal auf ein Scope 
geben. Das einzige was mir noch sorgen macht ist der dynamische Bereich, 
evtl. werde ich den Festwiderstand von 1GOhm kleiner waehlen. Ich habe 
den OPA830 von TI gefunden, kennt den jemand? Ist ein 
Transimpedanzverstaerker mit 4-5Dekaden dynamischen Bereich.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn es wirklich nur um eine Strommessung geht, dann sollte man auch 
gleich einen Transimpedanzverstärker nehmen, bzw. mit einem OP aufbauen. 
Das vereinfacht den Schutz vor Überspannung. Ganz ohne Schutz wird das 
wohl nicht lange gut gehen.
Fast wichtige als die Wahl des OPs ich es fast auf einen sauberen 
Aufbau, mit Guardring usw. zu achten. Sonst hat an schnell ein paar 100 
pA an Leckstrom igrendwo auf der Platine.

Bei 50 V Schrittweite macht es ja nichts wenn die Messung ein bischen 
länger dauert. Man hat ja nur knapp 200 Punkte. Wenn man etwas längr 
mißt kann man Rauschen etwas besser unterdrücken.

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