Ich denke seit einiger Zeit über den Selbstbau eines Picoamperemeters nach. Ziel: Möglichst gute Auflösung bei brauchbarer Genauigkeit. Budget~100€ Warscheinlich wird es nie benutzt werden, es geht nur darum sowas gebaut zu haben. Dazu hätte ich jetzt ein Paar Fragen: Die Grundlegende Idee war Einen Schunt zu nehmen, die Darüber abfallende Spannung mittels Opamp Verstärken und dann per ADC/MC an ein Display geben. Opamps gibt es zu erschwinglichen Preisen (LMP7721) mit 3fA Input Bias Current, also kein Problem, Offset Spannung lässt sich ja kompensieren. Jetzt hätte ich für den untersten (wahrscheinlich problematischten) Messbereich an einen 100MOhm Shunt gedacht, Messbereich von 30-200fA(macht am unteren Messbereichsende 10% Fehler durch den Input Bias Current). Hat bei solchen Wiedertänden der Widerstand des FR4 schon einen Nennenswerten Einfluss? Um Rauschen zu veringern und Tempereaturdrifft auszuschalten (interessant wohl nur für höhere Messbereiche bei denen der Input Bias Current nicht alles kaputtmacht) hatte ich daran gedacht den ganzen Aufbau auf -10°C zu Kühlen. Kann man die Bauteilwerte dann einfach mit den Temperaturkoeffizienten ausrechnen?
someone schrieb: > Die Grundlegende Idee war Einen Schunt zu nehmen Vergiss es, das Widerstandsrauschen wäre grösser als dein Messwert. Nimm einen Elektrometer-OpAmp als Transimpedanzverstärker, auf deine nötige Bandbreite begrenzt. > Kann man die Bauteilwerte dann einfach mit den Temperaturkoeffizienten > ausrechnen? Den wichtigen Parameter, den Eingangsstrom, grössenordnungsmässig schon, er hängt bei CMOS stark von der Temperatur ab. > Hat bei solchen Wiedertänden der Widerstand des FR4 schon einen > Nennenswerten Einfluss? Ja, der Eingang muss mit guard-Leitungen umgeben werden, oder freifliegend in der Luft, das IC Gehäuse muss geputzt werden. Das alles findet man in den AppNotes der üblichen Elektrometer-OpAmps, warum fragst du ?
http://electronicdesign.com/test-amp-measurement/whats-all-femtoampere-stuff-anyhow http://www.keithley.com/knowledgecenter/knowledgecenter_pdf/LowLevMsHandbk.pdf
someone schrieb: > Um Rauschen zu veringern und Tempereaturdrifft auszuschalten > (interessant wohl nur für höhere Messbereiche bei denen der Input Bias > Current nicht alles kaputtmacht) hatte ich daran gedacht den ganzen > Aufbau auf -10°C zu Kühlen. > Kann man die Bauteilwerte dann einfach mit den Temperaturkoeffizienten > ausrechnen? Das Rauschen hat was mit der absoluten Temperatur T zu tun. Wenn man mit 260K anstatt mit 290K arbeitet, bringt das wenig Unterschied, im Vergleich zum Aufwand. Eine Temperatur von -10C konstant zu halten, wegen der Drift, ist bei weitem schwieriger als einen Wert von z.B. 30Grad konstant zu halten. Wenn man dann genau messen will, muss die gesamte Anordnung, Messobjekt und Messgerät die gleiche Temperatur haben, sonst fängt man sich jede Menge Thermo-Störspannungen ein. Die tiefere Temperatur wird sich am ehesten auf den Betrag des bias-current auswirken, denn je kälter, desto weniger Leckstrom. btw: Was haben die Bauteilwerte mit den Temperaturkoeffizienten zu tun? Erst einmal die Beuteilwerte bestimmen, dann per Temperaturkoeffitzienten den möglichen Messfehler. Solch kleine Ströme misst man normalerweise nicht mit shunts, sondern mit Strom-Spannungs-Umsetzern, die z.B. einen nach Masse fließenden Strom aufnehmen und per Op-Amp in Spannung umsetzen.
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eevblog ucurrent suchen und staunen was da kommt. Wer zu spät kommt... (M. Gorbatschow)
Die Schaltung einfach mit Shunt ist eher nicht so ideal. Die bessere Wahl für so kleine Ströme ist eher ein Transimpedanzverstärker. In der Transimpedanzverstärker-schaltung sind Offsetspannungen weniger wichtig, und man kann ggf. einen Widerstand über einen größeren Bereich nutzen. Bei den kleinen Strömen werden auch Kriechströme auf der Platine wichtig - da kann es helfen Gard Ringe zu nutzen, oder halt die wenigen kritischen Punkte nicht auf der Platine, sondern mehr oder weniger frei schwebend zu haben, ggf. mit extra gut isolierten Lötstützpunkten oder sowieso nötigen kleinen Kondensatoren als mechanische Stütze. Das Kühlen der Schaltung ist so eine Sache: eine kalte Schaltung zieht Feuchtigkeit an, was zu mehr Kriechströmen auf den Oberflächen führt. Wenn schon sollte man dann Kühlen und trocknen kombinieren, oder den Aufbau dann wirklich luftdicht und trocken haben. Bis man die 3 fA des genannten OPs erreicht braucht es auch so schon einiges an Aufwand. Eine Herausforderung ist es dabei die Schaltung vor ESD und HF Einfluss zu schützen, ohne große zusätzliche Leckströme.
> Aufbau auf -10°C
Dazu muss der Verstärker und das Peltier-Element in ein luftdicht
verschweißtes Gehäuse um Betauung zu verhindern. Die Luft im Gehäuse
muss natürlich vorher durch Argon ersetzt werden.
someone schrieb: > Hat bei solchen Wiedertänden der Widerstand des FR4 schon einen > Nennenswerten Einfluss? Ja, FR4 ist in diesem Wertebereich so leitfähig, dass sinnvolle Messwerte garnicht erreicht werden können. Da brauchts andre Isolierstoffe (PTFE) und keinen Aufbau auf Leiterplatte sondern "in Luft". Die von Marek genannten Quellen solltest Du Dir mal zu Gemüte führen.
Auf FR4 kann man sowas nicht aufbauen. Bzw. man muß verhindern, daß die Bauteile mit der Platine in Berührung kommen. Eine Technik dazu sind Keramikabstandshalter. Diese werden auf die Platine gelötet und auf die Abstandshalter dann wiederum die Bauelementverbindungen, so daß die Bauelemente ansonsten freischwebend montiert sind. Klingt auf jeden Fall nach einem spannenden Projekt, bei dem man verdammt viel lernen kann. Ob der OPV der geeignete ist wage ich zu bezweifeln. Die Offset-Spannung ist ein gravierendes Problem dabei. Da hilft auch kaum ein Abgleich. Aber probiers aus. Präzisionshunts (1-5%) gibt es bis 1 Teraohm. Das sollte man ausnutzen und würdest Du auch unbedingt brauchen für den gewählten OPV. Bei 200 fA Stromfluß fallen am 100 Megaohm Widerstand nur 20 Mikrovolt ab. Kühlen ist eine sehr gute Idee, insbesondere der OPV wird es Dir mit noch geringeren Offset- und BIAS-Strömen danken. Wenn Du kühlst würde ich auf jeden Fall einen präziseren OPV aussuchen, der bei Raumtemperatur dann mehr Offsetstrom hat. Diese Ströme gehen aber extrem runter beim Kühlen.
Den vom TO benannten OP hat ein Arbeitskollege von mir in einem Tunnelmikroskop benutzt, um sehr kleine Ströme im 200fA-Bereich von speziellen Solarzellen zu untersuchen. Die Schaltung war eine Freiverdrahtung auf kleinstem Raum, die wir in ein geschirmtes Metallgehäuse eingebaut haben. Es war damit möglich, gewisse aktive Bereiche auf der Solarzellenoberfläche zu untersuchen. Ist durchaus möglich, sowas auf die Beine zu stellen. In dem Kontext gibt es ein paar Sachen im Internet zu finden, wenn man nach in Richtung 'femtoampere transimpedance amp' sucht.
ernst oellers schrieb: > eevblog ucurrent suchen und staunen was da kommt. Wer zu spät > kommt... > (M. Gorbatschow) Nun ja, das ist eine Schaltung für verhältnismäßig große Ströme. Unser Bastler strebt hier ganz andere Dimensionen an.
Grad ein Keithley 602 für wenig Geld bekommen. Noise ist irgenwas im femtoampere-Bereich nach Manual. Vermutlich viel billiger, sowas ähnliches in der Bucht für wenig Geld zu holen und restaurieren, anstatt mit mieseren Specs (die Widerstände da drin krigste gar nicht so einfach, wenn überhaupt) selbst zu entwickeln.
Ich würde auch bei Keithley schauen, die sind normal die erste Adresse was solche Messgeräte angeht. Schau Dir mal die neuesten Geräte an, von denen noch vollständige Schaltpläne veröffentlicht wurden. Ich hab z.B. ein Keithley 486, zu dem gibts noch die Schaltpläne. Nachfolger war dann glaube ich das 6485, dazu gibts dann keine Schaltpläne mehr. Die neuesten Geräte deshalb, weil da die Chance größer ist daß es die Teile noch zu kaufen gibt. Aus den Schaltplänen und Funktionsbeschreibungen kannst Du einiges lernen.
> Die neuesten Geräte deshalb, weil da die Chance größer ist daß es die > Teile noch zu kaufen gibt. Geht auch einfacher: http://www.pollin.de/shop/dt/ODU4ODk4OTk-/Bauelemente_Bauteile/Aktive_Bauelemente/IC/Operationsverstaerker_LM4250H.html LM4250H Datenblatt: http://www.pollin.de/shop/downloads/D101141D.PDF Seite 7 Wieso finden die Helden* so was eigentlich nicht ohne Hilfe. Die Auswahl der richtigen passiven Bauteile und ihre Bezugsquelle ist normaler Weise ein Firmengeheimnis... . Grüße Löti *Ein Picoamperemeter bauen wollen aber so ein Angebot voll übersehen.
Lothar S. schrieb: > Geht auch einfacher: > http://www.pollin.de/shop/dt/ODU4ODk4OTk-/Bauelemente_Bauteile/Aktive_Bauelemente/IC/Operationsverstaerker_LM4250H.html Einen Op, auch wenn er zum Abgleichen vorgesehen ist, auf unter ein Millionstel seines nominalen Offsetstroms abzugleichen würde ich für eine Tätigkeit erklären, die sehr gutes Fingerspitzengefühl benötigt — am 1000-Gang-Trimmer.
Lothar S. schrieb: > *Ein Picoamperemeter bauen wollen aber so ein Angebot voll übersehen. was ist an dem LM4250H jetzt so toll, daß man den unbedingt in sein Picoammeter einbauen sollte? Ich finde bei dem eher daß die Offsets Größenordnungen danebenliegen.
Marek N. schrieb: > Dann halt eben den hier: Youtube-Video "EEVblog #406 - Keithley > 480 Picoammeter Teardown & Calibration" Ja sehr nützliches Video, da sieht man auch die freitragende Montage. Dazu die Anleitung mit dem Schaltplan: http://www.ko4bb.com/Manuals/09)_Misc_Test_Equipment/Keithley/Keithley_Model_480_Picoammeter_Complete.pdf Mit einem geeigneten OPV kannst Du Dir die JFET-Eingangsschaltung ersparen. Der von Dir gewählte passt da gut. Als Alternative will ich aber noch den OPA376 in den Raum schmeißen. Sehr niedriges Stromrauschen von 2 fA/SQR(Hz) und 200 fA typischen BIAS und Offsetstrom. Das ist zwar mehr als der LMP7721, aber ausreichend gering. Dafür aber sehr präzise mit typischerweise 5 Mikrovolt Offset und maximal 25 Mikrovolt. Aber vielleicht ist in dieser Schaltungsweise wie sie Keithley anwendet auch der LMP7721 besser, Du willst ja auch noch in den fA-Bereich runter. Solltest Du aber bei der Shunt-Schaltungsweise bleiben wirst Du mit dem LMP7721 sicher nicht glücklich, wenn Du die Shunts nicht wesentlich größer dimensionierst.
someone schrieb: > Ich denke seit einiger Zeit über den Selbstbau eines Picoamperemeters > nach. > Ziel: Möglichst gute Auflösung bei brauchbarer Genauigkeit. Budget~100€ > Warscheinlich wird es nie benutzt werden, es geht nur darum sowas gebaut > zu haben. Was soll das? Wen es nie benutzt werden soll, warum willst du das für 100 EUR bauen? Gib mir die 100 EUR und es passt :-)
NoOne schrieb: > As.ho.. Klär mich auf! Ich bin schon alt und demenz :-) Meine Gefühlslage, ich höre hier nebenbei Memoryradio.
someone schrieb: > Ich denke seit einiger Zeit über den Selbstbau eines Picoamperemeters > nach. > Ziel: Möglichst gute Auflösung bei brauchbarer Genauigkeit. Budget~100€ > Warscheinlich wird es nie benutzt werden, es geht nur darum sowas gebaut > zu haben. Eine solche Meßschaltung habe ich mal als Praktikumsthema vor 35Jahren gebaut. Allerdings nicht einfach so, sondern als Highside-Messung mit einem Spannungsbereich von ca. +/-90V und Auflösung bis unter pA. Messshunt war ein 10MOhm Präsisionswiderstand. Als Quelle zum Testen hatte ich z.B. Widerständ mit 10GOhm und 1TOhm (letzteren in Glas gekapselt). Mit der damals verfügbaren Bauelementebasis der DDR war das schon sportlich, aber man kann es machen, wenn man alle Dreckeffekte unterbindet, die da so auftreten und ich kann dir berichten, dass es da Dreckeffekte gibt, die du nicht kennst und dir nicht vorstellen kannst. Dabei sind die Isolationswiderstände auf FR4 das geringste Problem, weil man solche Schaltung eh nur mit aktiv getriebene Guardleitungen aufbauen sollte. Damit spielen diese keine Rolle mehr. Allerdings, wenn man Oberflächen sauber und trocken hält, kommt da auch so schnell kein messbarer Strom zustande. > Die Grundlegende Idee war Einen Schunt zu nehmen, die Darüber abfallende > Spannung mittels Opamp Verstärken und dann per ADC/MC an ein Display > geben. Kann man machen. Wenn du der Einfachheit halber eine Schaltung mit Shunt gegen Masse nutzten kannst, hält sich der Aufwand in Grenzen. Wichtig ist vor allem ein sauberer Aufbau. Die heiße Leitung am IC z.B. in der Luft verdrahten und nicht dicht an andere Pins. > Opamps gibt es zu erschwinglichen Preisen (LMP7721) mit 3fA Input Bias > Current, also kein Problem, Offset Spannung lässt sich ja kompensieren. Ja, wenn man die Temp. gut konstant hält. Allerdings nicht kalt, sondern besser warm, weil es dann auch eher trocken bleibt. > Jetzt hätte ich für den untersten (wahrscheinlich problematischten) > Messbereich an einen 100MOhm Shunt gedacht, Messbereich von > 30-200fA(macht am unteren Messbereichsende 10% Fehler durch den Input > Bias Current). Solange die Temp. konstant bleibt, geht das so halbwegs. Bedenke aber auch die Offsetspannung. 10fA über 100MOhm, das ergibt auch nur 1uV. Mit Temp.-Drift über 1uV/K wird das auch sportlich. Man kann den Offset aber ja jederzeit neu abgleichen. Dazu kommen einige 10uV/K Thermospannungen. Ungleichmäßige Erwärmungen oder sogar Hotspots in der Nähe deiner Messschaltung lassen das Signal kräftig wegdriften. > Hat bei solchen Wiedertänden der Widerstand des FR4 schon einen > Nennenswerten Einfluss? Nein, wenn alle Schirmungen und Guardleitungen getrieben sind. -> siehe Datenblatt zu deinem OPV. > Um Rauschen zu veringern und Tempereaturdrifft auszuschalten > (interessant wohl nur für höhere Messbereiche bei denen der Input Bias > Current nicht alles kaputtmacht) hatte ich daran gedacht den ganzen > Aufbau auf -10°C zu Kühlen. Das ist eher eine Schnappsidee. Wenn schon Thermostatierung, dann besser warm. Rauschen und Störungen vor allem mit Tiefpass befiltern. > Kann man die Bauteilwerte dann einfach mit den Temperaturkoeffizienten > ausrechnen? Alles was an Parametern bekannt ist, kann man auch in Kalkulationen aufnehmen. Gruß Öletronika
Marek N. schrieb: > http://electronicdesign.com/test-amp-measurement/whats-all-femtoampere-stuff-anyhow > Hier http://www.ti.com/ww/en/bobpease/index.html gibts das Dokument als http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/www-national-com_rap.pdf in der Zusammenfassung von Bob Peases Website mit "mundgemalten" Schaltbildern (Seite 45). Dort wird in einem Kommentar auch der LMC6001 empfohlen. Arno
Uwe M. schrieb: > Nein, wenn alle Schirmungen und Guardleitungen getrieben sind. Guard-Leitungen sind auch nicht ideal. Ein Fehler am OpAmp-Ausgang koppelt damit in die Eingangsleitung und zieht die, woraufhin sich das Potential der Guard-Leitung weiter verändert, die Spannungslage kann damit erheblich verschoben werden und die Shcaltung gleubt immer noch alles wäre stabil. Besonders ärgerlich weil die Grösse und Richtung der Spannung von der ersten Einstreuung abhängt, also Zufall ist. Besser als Guard ist immer noch Teflon oder freifliegend und kurz. > 10fA über 100MOhm, das ergibt auch nur 1uV. Daher ist die Transimpedanzschaltung mit Spannungsteilerrückkopplung besser. 100MOhm haben bei 20 GradC schon 12uV thermische Rauschspannung bis 100Hz, gar 180uV bis 20kHz, also ist Bandbreitenbegrenzung lebenswichtig.
Peter R. schrieb: > Die tiefere Temperatur wird sich am ehesten auf den Betrag des > bias-current auswirken, denn je kälter, desto weniger Leckstrom. Als pauschale Aussage würde ich das nicht stehen lassen. Betrachtet man mal den Eingangsstrom von Elektrometerverstärkern über ihre Temperatur, so gibt es dort große Unterschiede: Beim AD549 sinkt der Eingangsstrom unterhalb von 25°C nicht weiter ab. (Figure 25) Beim LM6001 verhält es sich ähnlich - wirklich große Änderungen passieren unterhalb von 30°C nicht mehr.(Figure 3) Anders hingegen beim OPA128 und OPA129. Hier kann man mit kühlen noch bis etwa -20°C einiges heraus holen. Der LMP7721, den der TO benutzen will, ist diesbezüglich überhaupt nicht weiter spezifiziert. Mal ganz abgesehen davon weist der LMP7721 ein sehr großen Stromrauschen auf (10fA/VHz). Die anderen genannten OPVs kommen hier teilweise auf ein Hundertstel.
> was ist an dem LM4250H jetzt so toll, daß man den unbedingt in sein > Picoammeter einbauen sollte? Ich käme nie auf die Idee so ein Teil selbst zu bauen da ich nicht wirklich in der Lage bin die dazu nötigen Bauteile zu beschaffen. Wie wohl die Meisten hier im Forum... . Grüße Löti
Lothar S. schrieb: > da ich nicht > wirklich in der Lage bin die dazu nötigen Bauteile zu beschaffen. > Wie wohl die Meisten hier im Forum... . Wie, du bist nicht in der Lage bei RS, Farnell, Digikey, Mouser oder irgend einem anderen größeren Versender ein paar GOhm Widerstände und einen der genannten OPVs in den Warenkorb zu legen? Lediglich Triax-Stecker gibt es nicht bei allen. Aber auch die sind beschaffbar über Mouser oder Digikey.
> Wie, du bist nicht in der Lage bei RS, Farnell, Digikey, Mouser oder > irgend einem anderen größeren Versender ein paar GOhm Widerstände und > einen der genannten OPVs in den Warenkorb zu legen? Wenn es so einfach wäre könnte es jeder. Nur, so einfach is' es aber nicht... . Grüße und nix für ungut Löti
Lothar S. schrieb: > Geht auch einfacher: > LM4250H Datenblatt: > Wieso finden die Helden* so was eigentlich nicht ohne Hilfe. > *Ein Picoamperemeter bauen wollen aber so ein Angebot voll übersehen. Lothar S. schrieb: > Ich käme nie auf die Idee so ein Teil selbst zu bauen da ich nicht > wirklich in der Lage bin die dazu nötigen Bauteile zu beschaffen. Du meinst wohl, weil Du nicht fähig bist, nichts weisst. Ein Picoamperemeter bauen wollen mit einem OP mit nA Eingangsstrom. Das Einzige, was Du kannst, ist stänkern und pöbeln. Und arrogant dümmliche Rat-Schläge verteilen.
Angehängte Dateien:
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Messkopf.jpg
110 KB
Anbei mal eine Aufnahme meines vor wenigen Tagen zusammengeschusterten Messkopfs. OPV ist ein LMC6001A mit einem 1GOhm Widerstand in der Rückkopplung und einem 680pF Kondensator parallel dazu, was einer Grenzfrequenz von 0,23Hz entspricht. Der OPV wird mit zwei gestapelten Präzisionsbuchsen angehoben, während der "heiße" Draht mit einer einzelnen Buchse angeschlossen ist. Die Masse ist Sternförmig verdrahtet und der Guardanschluss der Triaxbuchse somit nur passiv angeschlossen. Der LMC6001A weißt bei Raumtemperatur einen Bias Current von maximal 25fA auf. TI schreibt sogar, dass alle Exemplare, welche 25fA beim Test erreichen ausgesondert werden. Bei offenen Eingang kann der Bias Current nur durch den Rückkopplungswiderstand abfließen, sodass man auf die Weise den Bias Current messen kann. Bei konnte ich zu keinem Zeitpunkt einen Wert über 24µV messen, was -24fA entspricht. Ganz am Anfang lag der Wert des Bias Current im Bereich von -20 bis -24fA. Jetzt nach ein paar Tagen ist der Wert auf etwa -13 bis -17fA gedriftet. Die Schwankungen kommen vor allem durch das niederfrequente Rauschen. Bis jetzt waren alle Ergebnisse im Bereich dessen, was man durch die Toleranzen erwarten konnte. Um noch bessere Messwerte zu bekommen muss ich mir aber erst einmal ein paar 10GOhm und 100GOhm Widerstände besorgen. Bei der Versorgungsspannung mit +-7V sind Messungen bis +-7nA möglich. Man kann also sehen, dass kein Voodoo oder der gleichen nötig ist um so ein Messsystem zu realisieren. Es ist eben nur kein alltägliches Problem.
Keine Thermospannungen an deinen Buchsen? Wundert mich...
Lothar S. schrieb: > Wenn es so einfach wäre könnte es jeder. > Nur, so einfach is' es aber nicht... Das ist aber keine Frage der Bauteile. Ich habe hier ein professionelles Picoamperemeter von Keithley, da sind entgegen deiner dummen Verschwörungstheorien keine geheimen Bauteile von der Ärea51 drin, sondern das Ding ist nur mit dem nötigen Knowhow und sorgfältig aufgebaut, z.B. sind die wesentlichen Leitungen freischwebend und nicht auf der LP. Wer kann der kann, dass du da nicht dazugehörst, nehmen wir zur Kenntnis, es überrascht aber sicher niemanden. Georg
Wenn das Ding ein paar Stunden in Betrieb ist für die Messung - ohne großen Temperaturschwankungen ausgesetzt zu sein - sind die Thermospannungen ja nicht sooo riesig. Aber deswegen habe ich ja auch geschrieben, dass ich Widerstände mit höheren Werten brauche um solche Geschichten noch besser ausschließen zu können.
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> -13 bis -17fA also etwa 100 Elektronen pro Millisekunde Nicht wirklich viel wenn man bedenkt das Silizium ein Halbleiter ist, wir beim "Isolierstoff" FR4 längst am Anschlag sind und die Abstände auf dem Chip irgendwas zwischen µm und nm. >Messbereich an einen 100MOhm Shunt Die Dimensionen sind echt ungewohnt. 10MOhm nehme ich zum Spannung messen. 100M hab ich noch nie verbaut und ein Shunt hat meist 1mOhm abwärts. fröhliches basteln Hauspapa
Christian L. schrieb: > Der OPV wird mit zwei gestapelten Präzisionsbuchsen angehoben, während > der "heiße" Draht mit einer einzelnen Buchse angeschlossen ist. Ich hätte da mal beherzt den heissen Pin waagerecht gebogen und es bei einer Präzisionsfassung belassen. Selbst der handelsübliche LMC6482 hat so niedrige Eingangsströme, in der A Version nicht vom LMC6001 zu unterscheiden. Einfache Picoamperemeterschaltung im Datenblatt vom CA3240.
Peter R. schrieb: > Eine Temperatur von -10C konstant zu halten, wegen der Drift, ist bei > weitem schwieriger als einen Wert von z.B. 30Grad konstant zu halten. Das mußt du mal erklären. Wessen Drift meinst du? Übliches Vorgehen wäre eine Kühlung auf etwas unter -10°C und dann per Heizung auf -10°C zu regeln. Warum soll das schwieriger sein, als 30°C konstant zu halten.
Eine Regelung auf -10 C wäre wohl eine Peltierelement. Da ist Prinzipbedingt die Zeitkonstante relativ kurz, und über Luftwirbel auf der warmen Seite bekommt man auch leicht Störungen rein. Mit erst runter, und dann noch einmal 1-5 K hoch kann man auch -10 C stabil erzeugen. Das 2. Problem ist, das man bei -10 C leicht Probleme mit Kondenswasser bekommt. Da wird dann der luftdichte, aber gut elektrisch isolierte Aufbau nicht ganz einfach. Mit erst runter und dann wieder hoch (eher 0 C, als -10 C) könnte es ggf. auch gehen. Der Aufwand ist aber viel größer als mit der einfachen Schaltung. Kühlen reduziert die Leckströme im Silizium, führt aber über die Feuchtigkeit bzw. nötig Abdichtung eher zu mehr Leckströmen im Kunststoff bzw. an den Oberflächen. Der nächste schritt wäre eher das Gehäuse zu schließen und Trockenmittel rein, damit die Luftfeuchte unter 40% bleibt. Auch ein selektieren der Chips könnte man ggf. noch machen. In dem Bereich würde ich größere Exemplarstreuungen erwarten. So teuer sind die OPs nicht, und ein paar zu tauschen (nach ESD) braucht man ggf. sowieso. Thermospannungen sind eher nicht das Problem - das Problem sind eher der nicht so gute TK des OPs und Luftwirbel. Von daher sollte man den OP eher nicht mit hoher Spannung betreiben, um die Verlustleistung klein zu halten (das reduziert ggf. auch die Leckströme). Für mehr Spannungshub könnte man einen 2. OP dahinter schalten (den Kondensator aber weiter vom 1. OP)
> Das ist aber keine Frage der Bauteile. Nicht nur aber auch... . > Wer kann der kann... Du kannst aber wohl nicht. Grüße Löti
Schaut euch mal die Taupunkt-Tabelle an. http://www.brillux.de/produkte/kat1/pm-pdfs/de/pm0t01.pdf Bei -10°C betaut es bei praktisch jeder Luftfeuchtigkeit die wir in Deutschland haben. Kühlen auf auf -10°C ist somit nur in einem luftdichten Gehäuse möglich das normalerweise mit Argon gefüllt wird. Da der Fragesteller von dieser Technologie meilenweit entfernt ist kann er sich die -10° abschminken. Beim Wort Peltier bekommen viele leuchtende Augen und schalten ....
...mal rein aus Interesse: Wozu braucht man sowas? Oder geht es rein um die Machbarkeit?
Andere Ops nach Offsetströmen selektieren könnte ich mir vorstellen. Leckströme von Kondensatoren messen. Sowas wahrscheinlich...
Lothar S. schrieb: > Du kannst aber wohl nicht. Was für eine intelligente Retourkutsche. Ganz dein Niveau. Und so sorgfältig und sachlich begründet. Georg
Nur aus Interesse schrieb: > mal rein aus Interesse: Wozu braucht man sowas? Leckstrom-Messungen oder Isolationsmessungen könnte ich mir vorstellen. Hier noch ein interessantes Teardown von Dave: https://www.youtube.com/watch?v=pKX50E_14MQ
Nur aus Interesse schrieb: > Wozu braucht man sowas? Im Hobbybereich eher selten - vor allem Messungen im fA Bereich. Aber pA und nA Messungen kann man schon zum selektieren von Bauteilen nutzen. Außerdem lernt man dabei sehr viel. Marius S. schrieb: > Hier noch ein interessantes Teardown von Dave: Interessant hierbei ist, dass man im Strommessbereich keine Widerstände im GOhm Bereich findet, sondern nur zwei große 10MOhm Widerstände. Die Auflösung liegt bei 10fA bzw. 100nV im Spannungsmessbereich. Der ADC für beide Größen ist jeweils der gleiche Typ. Wenn man also davon ausgeht, dass der Strommessbereich die gleiche Spannungsauflösung der generierten Spannung besitzt, wie der Spannungsmessbereich, ergibt sich aus den 10fA und den 100nV ein Messwiderstand von 10MOhm. Agilent kommt also mit handelsüblichen Werten bei der Produktion aus - und das nur, weil sie ihre Spannungsmessung so gut im Griff haben - trotz der Abwärme des Leistungsteils.
Christian L. schrieb: > Im Hobbybereich eher selten - vor allem Messungen im fA Bereich. Aber pA > und nA Messungen kann man schon zum selektieren von Bauteilen nutzen. Da reicht oft ein einfacher 7106 aus. Der Eingang ist da erstaunlich hochohmig.
Nur aus Interesse schrieb: > ...mal rein aus Interesse: Wozu braucht man sowas? Z.B. Verstärker für Photodioden an der Grenze zur Dunkelheit. Messung des Dunkelstroms. Sperrstrommessungen an hochwertigen Dioden. Georg
Georg schrieb: > Nur aus Interesse schrieb: >> ...mal rein aus Interesse: Wozu braucht man sowas? > > Z.B. Verstärker für Photodioden an der Grenze zur Dunkelheit. Messung > des Dunkelstroms. Sperrstrommessungen an hochwertigen Dioden. > > Georg Ionisationkammer
> Und so sorgfältig und sachlich begründet. Wenn Du das von Dir angegebene Wissen hättest würdest Du so eine Begründung gar nicht benötigen. Das Du nach ihr frägst offenbart Dein beträchtliches Unwissen. Ansonsten beantworte ich in diesen Thread, mit Absicht, keine Fachfragen da es sich hierbei auch um eine gut getarnte Art von Industriespionage* handeln könnte. Deshalb auch meine erste Antwort: > So frägt man die Leut' aus. Die neun Minuspunkte darauf zeigen mal wieder wie "wohlüberlegt" nicht wenige in diesen Forum agieren und urteilen. Grüße und nix für ungut Löti *woher wohl?
Lothar S. schrieb: > da es sich hierbei auch um eine gut getarnte Art von Industriespionage* Sowas absurdes liest man selbst hier selten: jemaden namens löti ausspionieren, der die blödesten Beiträge überhaupt liefert und seine mangelnden Fachkenntnisse immer wieder selbst demonstriert. Du ziehst das Niveau der Beiträge hier so nach unten wie ein Baby im Seniorenheim das Durchschnittsalter. Was soll denn ein Industriespion mit deiner "Erkenntnis" anfangen, dass man Bauteile für handelsübliche Messgeräte angeblich nicht kaufen kann? Mehr hast du ja nicht beigetragen. Georg
Lothar S. schrieb: [unfassbar schwachsinniges]
Es war ein harter Tag und dein Posting hat mir einen entspannenden
Lachanfall bereitet! Danke Löti und deshalb +1 von mir...
Irgendwie bin ich jetzt auch auf den Geschmack gekommen mir ein Picoamperemeter zu bauen. Erstens ist es verhältnismäßig einfach, zweitens eine gute Übung und drittens kosten kommerzielle Geräte einiges. OPV und 1GOhm Widerstand habe ich schon ausgesucht. Technik mit Transimpedanzverstärker. Allerdings gibt es noch ein Problem, daß bisher noch nicht ausreichend diskutiert wurde und das ist die Meßbereichsumschaltung. Mit Analogschaltern kommt man da ja nicht weiter, weil ihr Leckstrom viel zu groß ist. Ein mechanischer Schalter wäre möglich, allerdings sind bei den meisten entweder die Leckströme nicht spezifiziert oder zu hoch. Mir wäre es sowieso lieber es mit Relais zu schalten. Kennt jemand geeignete Relais mit a) niedrigen Leckströmen und b) mit praktisch 0 induzierter Spannung/Strom?
Die Bereichsumschaltung ist tatsächlich nicht so einfach. Reed Relais ist eine Möglichkeit - die andere ist einfach umstecken der Buchse für den Eingang und dann ein separater Transimpedanzverstärker für die gröberen Bereiche. Die Schaltung mit dem Transimpedanzverstärker hat einen ziemlich großen Messbereich. Mit ein 1 G Widerstand kommt man z.B. bis etwa 10 nA (10 V Ausgangsspannung - es geht ggf. auch mehr). Für Ströme ab 10 nA ist die Umschaltung schon nicht mehr so schwer. Da die Spannung am Widerstand recht groß werden darf, kommt man meist auch mit einer eher groben Teilung (etwa 1:100 oder 1:1000) aus, ggf. ergänzt um eine einfache Teilung / Verstärkung dahinter.
Der AD-Wandler, den ich verwenden will schafft nur +/-2,5 Volt. Darüber hinaus hat der 1 GOhm-Widerstand nicht den besten Temperaturkoeffizienten (habe die Wahl zwischen günstig und +/-200 ppm oder teuer und +/- 25 ppm). Aber ich verstehe was Du meinst. Für die niedrigsten Meßbereiche dann Reedrelais. Dabei frage ich mich, wieso man überhaupt andere Relais nimmt? Reedrelais schaffen mehr Schaltvorgänge (Lebensdauer), sind sehr kompakt und auch kostengünstig. Einziger Nachteil, der aber für mich egal ist wäre der Stromverbrauch. Oder sind die ganzen Relais, die in Oszilloskopen und anderen Meßgeräten vor sich hinklackern, schon alle Reedrelais? Hab mir mal gerade angesehen, was eine Triaxbuchse so kostet. 20 Euro waren das. Wenn jemand eine günstigere Quelle kennt dann bitte. OPV soll der LMP7721 werden, wie der TE nehmen will. Trotzdem stören mich die bis zu -4 uV Offsetspannungsdrift bei diesem. Aber es mangelt an Alternativen. Von Linear Technology gibt es überhaupt keinen Niedrigstrom-OPV. Bei Maxim und Analog Devices sieht es auch nicht gut aus, wenn es in den Femtoamperebereich geht.
Die Relais in Oszilloskopen und ähnlichen sind oft auch schon Reed Relais. Alternativ spezielle kleine Bistabile Relais oder ggf. spezielle Relais für HF Signale (ggf. auch als Reed Form ?). Das die OPs für extra kleinen Bias Strom etwas mehr Offsetspannung und Drift und auch mehr Rauschen haben, ist nicht zu vermeiden. Eine Drift von 4 µV/K ist da noch gar nicht so schlecht. Man sollte halt zusehen das der OP nicht zu heiß wird (also nicht viel Spannung und nicht viel Last).
Frank schrieb: > Ein mechanischer Schalter wäre möglich, allerdings sind bei den meisten > entweder die Leckströme nicht spezifiziert oder zu hoch. Mir wäre es > sowieso lieber es mit Relais zu schalten. Kennt jemand geeignete Relais > mit a) niedrigen Leckströmen und b) mit praktisch 0 induzierter > Spannung/Strom? Hallo, elektronische Analogschalter kann man bei den Bedingungen glatt vergessen. Mechanische Kontakte passender Bauart haben grundsätzlich die nötigen Sperrwiderstände. Allerdings haben normale mechanische Kontakte nicht per Definition einen definierten Durchgangswiderstand bei 0V Kontaktspannung. Es bilden sich auf den Oberflächen Oxidschichten und Verschmutzungen, die bei Spannungen und Strömen gegen Null nicht zu einem unsicheren Kontakt führen. Das führt dazu, das der Durchlasswiderstand im Bereich von MOhm bleibt. Damit ein normaler mechanischer Kontakt sicher schaltet, ist deshalb meist eine Mindestspannung und Mindestrom notwendig, um die Schmutz- und Oxidschichten zu durchtunneln. Alternative sind also nur Reedkontakte bzw. Reedrelais. Da aber auch nicht jeder Typ, sondern nur solche Kontakte, die für kleinste Ströme und Spannungen konzipiert sind ("Nullspannung schaltend"). Nicht alle Reedkontakte sind für so was konzipiert. Kontakte, die für hohe Ströme ausgelegt sind eigene sich nicht. Auch benutze Reedkontakte, die schon mal mit höheren Strömen belastet wurden, sind quasi verbrannt und nicht mehr "Nullspannung schaltend". Das beste bei diesen extremen Bedingungen z.b. Quecksilber benetze Reedkontake. Diese wird man aber als Bastler kaum bekommen. Alternativ sollten Reedkontakte mit Ruthenium- oder Rodiumbeschichtungen funktionieren (wird je nach Technologie, chemisch aufbringen oder puttern, unterschiedlich verwendet). Ich habe für sehr kleine Ströme im pA bis fA-Bereich für hoch empfindliche Fotoempfänger solche Reedrelais von der Fa. Meder verwendet. Die scheinen da gut zu funktionieren. http://www.meder.com/sil_relais.html?&tx_jppageteaser_pi1[backId]=72 Allerdings geht es hier ja auch um kleinste Spannungen und gerade bei Reedrelais sind wegen der Eisenkontakte die Thermospannungen gar nicht zu vernachlässigen. Da reicht schon die Erwärmung der Spule, um erhebliche Fehler zu bekommen. Ein sehr durchdachter Aufbau in dem sich alle Schaltungen in einem thermisch sehr stabilen Zustand befinden ist dann also auch zwingend. Wenn man nur Reedkontakte benutzt und diese mit Magneten betätigt, sollte es am besten funktionieren. Gruß Öletronika
BTW: Reed-Relais und andere Schalter, welche möglichst hochohmig schalten, sind vermutlich das kleinere Problem, da mit einem guten alten Drehschalter aus Teflon einfach gelöst werden kann. Richtig interessant wird es am ersten FET des Eingangsverstärkers. Das Manual vom Keithley listet alle Bauteile auf, bis auf diese beiden Q101 und Q102 FETs, da die irgendeine Mischung aus FET und MOSFET sind mit isoliertem Gate sind und dazu noch speziell selektiert. Daher bräuchte man erst mal eine Quelle für solche FETs mit isoliertem Gate sowie ein weiteres Picoammeter um den Leckstrom auszumessen und einen Kurvenschreiber, um die FETs nach Verstärkung zu selektieren. Vermutlich war das damals mit den Röhren einfacher, vermutlich auch der Grund, wieso etliche Oszis (Tek 454) und Voltmeter noch lange Röhren in der Eingangsstufe hatten, obwohl der Rest schon lange transistorisiert war.
Die Leckströme des Verstärkers ausmessen ist eigentlich nicht so schwer: einfach einen Integrator aufbauen. Die einzigen kritischen Teil was man da braucht ist ein guter Leckstromarmer Kondensator und ein Schalter / Taster. Das bietet sich ggf. auch an den Verstärker auch einen Integrator Bereich zu spendieren. Also als Rückkopplung etwa einen guten Kondensator von vielleicht 100 pF und dann zuschaltbar über Reed Relais die Widerstände mit z.B. 1 GOhm und 10 MOhm.
Nicht bloss ReedRelais, sondern mercury wettet, also quecksilberbenetzte ReedRelais mit Schirmung zwischen Spule und Glasrohr und offen liegendem Glasrohr damit man es keimfrei putzen kann sollte man verwenden, gibt es wegen RoHS nur noch als Surplus.
So, vor kurzem meine beiden keithley 610C und 602 bekommen. Für's Keithley 602 brauch ich noch Batterien und das Keithley 610C funktioniert soweit, nur hat es Probleme beim Messen von hohen Widerständen und kleinen Strömen. Vermutlich sind die hochohmigen Widerstände (1, 10, 100GOhm) dreckig und entsprechen nicht mehr den Specs. Wenn man das 610C im Strommess-modus betreibt, kann man mit dem Multiplikator die zu messende Spannung einstellen (Maximalausschlag 100V-1mV) und über den Strombereich den Eingangswiderstand einstellen (10Ohm bis 100GOhm) Im Voltmodus ist es zumindest den Specs entsprechend hochohmig (mit 10V geladener 1uF Polyester-Folienkondensator zeigt 2 Tage später immmernoch 10V an), bin momentan dabei, leckarme Polyester-Folienkondensatoren rauszusuchen, mit dem Ziel, die Widerstände mittels der Entladezeit auf ihren Widerstand zu prüfen, da meine Hp3456As nur bis 1GOhm mit viel Fehler messen können. Die mysteriösen, im Manual namenlosen IGFETs Q101, Q102 sind mit HDIG 1030 angeschrieben => sind tatsächlich 3N163 P-Channel Enhancement-Mode MOSFETs mit max
Tomate schrieb: > BTW: Reed-Relais und andere Schalter, welche möglichst hochohmig > schalten, sind vermutlich das kleinere Problem, da mit einem guten alten > Drehschalter aus Teflon einfach gelöst werden kann. Das ist schon ein Problem, weil ich ja nicht das Keithleygerät nachbauen will, sondern selber eines bauen und das soll durch einen Mikrocontroller gesteuert werden, da kann ich also nicht mit einem Drehschalter arbeiten. Die Drehschalter sind außerdem schwer zu schützen vor elektromagnetischer Einstreuung. Relais sind also klar die bessere Wahl. > Richtig interessant wird es am ersten FET des Eingangsverstärkers. Das > Manual vom Keithley listet alle Bauteile auf, bis auf diese beiden Q101 > und Q102 FETs, da die irgendeine Mischung aus FET und MOSFET sind mit > isoliertem Gate sind und dazu noch speziell selektiert. Daher bräuchte > man erst mal eine Quelle für solche FETs mit isoliertem Gate sowie ein > weiteres Picoammeter um den Leckstrom auszumessen und einen > Kurvenschreiber, um die FETs nach Verstärkung zu selektieren. Nun das Keithley ist halt alt und verwendet den alten FET/OPV-Trick. Also wie mache ich einen extrem hochohmigen Eingang für den OPV: ich knalle FETs davor. Durch den TI LMP7721 brauchen wir uns da nicht stressen. Der ist vmtl. hochohmig genug, auch wenn die Angabe im Datenblatt fehlt. U. M. schrieb: > Frank schrieb: > Alternativ sollten Reedkontakte mit Ruthenium- oder Rodiumbeschichtungen > funktionieren (wird je nach Technologie, chemisch aufbringen oder > puttern, unterschiedlich verwendet). > Ich habe für sehr kleine Ströme im pA bis fA-Bereich für hoch > empfindliche Fotoempfänger solche Reedrelais von der Fa. Meder > verwendet. Die scheinen da gut zu funktionieren. > http://www.meder.com/sil_relais.html?&tx_jppageteaser_pi1[backId]=72 Mal Danke für die Hinweise. Allerdings steht bei diesem Relais auch nichts besonders zur Fähigkeit mit 0 Spannung/Strom einen Kontakt zu erzeugen. > Allerdings geht es hier ja auch um kleinste Spannungen und gerade bei > Reedrelais sind wegen der Eisenkontakte die Thermospannungen gar nicht > zu vernachlässigen. Da reicht schon die Erwärmung der Spule, um > erhebliche Fehler zu bekommen. Da gibt es einen einfachen Trick, man läßt eine Zweitspannung durch ein weiteres Relais laufen und misst die Differenz. Notfalls mit zwei Transimpedanzwandlern gleichzeitig, einer mit 0 Strom, der andere mit dem Messstrom. > Ein sehr durchdachter Aufbau in dem sich alle Schaltungen in einem > thermisch sehr stabilen Zustand befinden ist dann also auch zwingend. Dafür gibt es Lösungen (s.o.). Abgesehen davon ist das nicht so schwer zu erreichen, wenn eine Schaltung in einem Gehäuse ist. Ich frage mich auch, ob die Thermospannungen bei einer hochohmigen Strommessung überhaupt so relevant sein werden. Ich denke nicht. @Mawin Ja und deshalb auch nicht bevorzugt. Habe mir jetzt mal Widerstände 10 MOhm, 100 MOhm, 1 GOhm und 10 GOhm bestellt, sowie den LP7721. Als Reedrelais habe ich diese von Meder da: http://www.meder.com/fileadmin/products/de_datasheets/3212100012d.pdf Da steht aber auch nichts spezielles und das Kontaktmaterial ist nicht angegeben.
Je nachdem wofür man das Reed Relais benutzt, ist der Kontakt auch nicht so kritisch: In Reihe zu einem 100 MOhm Widerstand stören vielleicht 100 kOhm vom Tunnelkontakt durch eine Oxidschicht kaum. Die Thermospannungen sind auch nicht so kritisch: zum einen haben die hochohmigen OPs auch schon relativ viel Drift (1-10 µV/K) und auch einiges an 1/f Rauschen, so dass es auch ein paar µV nicht ankommt. Auch kleine Temperaturdifferenzen sollte man aber schon achten. Das vorgeschlagene Reed Relais ist nicht unbedingt die erste Wahl - ein Isolationswiderstand von 1,5 T Ohm ist nicht besonders viel. zumal das auch noch für relativ trockene Bedingungen gilt. In dem Fall sollten schon noch 2 weitere Schaltkontakte (ggf. auch CMOS Schalter) dazu um die Spannungsdifferenz am Relais klein zu halten: also vom OP Ausgang erst einmal ein CMOS Schalter, dann ein CMOS Schalter nach GND und erst dann weiter zum Reed Relais / Widerstand. Es bleibt aber das Problem der Isolierung Von der Spule zu den Kontakten.
Ja der Isolationswiderstand ist eigenartig niedrig, wenn man bedenkt, daß es Epoxidharz, Vakuum und Glas sind. Die Kontaktfläche ist ja nicht sehr groß. Das vorschalten des CMOS-Schalters hilft da nicht viel, der fällt ja gerade wegen seines geringen Widerstandes aus. Der liegt meistens eher bei 10-100 GOhm, da hilft die Serienschaltung nicht viel. Der Strom kann ja eigentlich nur durch das Epoxy fließen und das sollte eigentlich einen besseren Widerstand haben. Ich glaube, das Relais hat typisch einen besseren Wert als angegeben, wobei mich der Kontakt 90 mit nur 1 Gigaohm stutzig macht. Was die Temperatur angeht, nun es erwärmt sich ja eigentlich nichts in dieser Schaltung, insofern gibt es kaum große Temperaturunterschiede. Der OPV ist auch genau bei seinem Ruheverbrauch.
1 CMOS Schalter in Reihe bringt nicht viel. Wenn dann braucht man 2: einen in Reihe und einen der gegen Masse schaltet. Leckströme des 1. Schalters fließen so nach Masse ab. Das Reed Relais sieht dann an der OP Seite die relativ niederohmige Verbindung nach GND statt des OP Ausgangs. Das hilft aber auch nur bedingt, denn die Spannung an der Spulen des Relais ist weiter dran.
Ulrich H. schrieb: > einen in Reihe und einen der gegen Masse schaltet. Leckströme des 1. > Schalters fließen so nach Masse ab. > Das Reed Relais sieht dann an der OP > Seite die relativ niederohmige Verbindung nach GND statt des OP > Ausgangs. Ja so geht das vielleicht, aber recht aufwändig. > Das hilft aber auch nur bedingt, denn die Spannung an der Spulen des > Relais ist weiter dran. Ja das ist richtig. Ich habe jetzt noch mal geschaut, bei Meder gibt es auch Reedrelais mit 100 Teraohm Isolationswiderstand. Das reicht, sind aber deutlich teurer. Nach Kabeln habe ich auch gesucht, PTFE-Kabel kann man ja direkt nehmen, dann spart man sich den Aufwand, PVC-Kabel in PTFE-Schläuche zu legen. Zur Isolierung von Beinchen geht das nicht, da braucht man die Schläuche weiterhin.
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