Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Current source/sink im pA bereich bei ca 35V


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von Patrick W. (pawi777)


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Hallo alle zusammen,

ich bräuchte mal eure Hilfe. Um eine charge pump zu testen muss ich 
einen definierten Strom heraus ziehen und hinendrücken können. Die 
charge pump liefert ohne last ca 35V. Ich will sie mit 1pA bis ca 200pA 
in beide Richtungen belasten und dann die Spannung messen. Der Strom 
muss nicht unendlich genau sein, aber auf so 2 bis 3 pA wäre gut. Wenn 
jemand eine Idee hat, wie man diesen Strom generieren kann, immer her 
damit :-) Alle Vorschläge sind willkommen.

Danke und schöne Grüsse,

Patrick

von Pandur S. (jetztnicht)


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Spannungsquelle und riesiger Widerstand. Im Wesentlichen eine Howland 
Current source. Mit Koax und dergleichen muss man dann aufpassen...

: Bearbeitet durch User
von Manuel K. (18tbx46)


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Photodiode als Stromquelle, TIA als Strommessung, Beleuchtung wird 
passend geregelt. Schnell muss es ja wohl nicht sein, oder ?

Evtl. Potential am TIA input passend nachführen, damit die Sperrspannung 
an der Photodiode im gesunden Rahmen bleibt.

von M.N. (Gast)


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Zum Warmwerden: 
http://www.edn.com/design/analog/4315417/Measuring-nanoamperes
Und dann natürlich "Whats all this Femtoampere Stuff anyhow?"

von Christian L. (cyan)


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In welchem Bereich wird sich denn die Spannung voraussichtlich ändern?

von Patrick W. (pawi777)


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Christian L. schrieb:
> In welchem Bereich wird sich denn die Spannung voraussichtlich ändern?

Wenn die Q-Pump strom liefern muss, kann die Spannung nicht mehr als ca 
0.5V sinken. Wen sie Strom bekommt, kann die Spannung um maximal 2V 
steigen. Also im normalfall spielt sich alles im Rahmen von 32V bis 37V 
ab, Version und exemplarische Streuung noch mit eingerechnet.

von Christian L. (cyan)


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Hier mal ein Vorschlag von mir. Im Grunde basiert die Schaltung auf der 
Widerstandsmessfunktion alter Picoamperemeter. Dort wurde auf die Weise 
ein konstanter Strom unabhängig vom zu messenden Widerstandswert 
erzeugt.

Im Grunde handelt es sich dabei um einen Spannungsfolger plus 
Stromquelle, deren Versorgungsspannung angepasst sind für den 
gewünschten Spannungsbereich. Den Ausgang des Spannungsfolgers kannst du 
gleich zum messen nehmen.
Die Stromquelle entsteht dadurch, dass zur Impedanzgewandelten Spannung 
U_sig eine weitere Spannung addiert wird. Das macht der TL431. Er 
erzeugt eine positive Spannung von 2,5V. Diese Spannung wird 
anschließend mit dem OPV U4 über das Poti einstellbar gemacht im Bereich 
von U_sig-2,5V bis U_sig+2,5V und anschließend auf den Widerstand 
gegeben. Da der Widerstand an der originalen Spannung U_sig hängt sieht 
er nur die Differenz - also den Bereich von -2,5V bis 2,5V unabhängig 
von der aktuellen Spannung die du messen möchtest. Auf die weise kannst 
du einen Strom von -250pA bis 250pA in das DUT einprägen.

Mit einem 10Gang Poti ließe sich das alles sehr fein einstellen. Und 
sicherlich kann man die Schaltung noch optimieren - gerade, falls die 
Einstellungen digital vorgenommen werden müssen. Es ist eben nur eine 
mögliche Schaltung.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Christians Ansatz sieht doch schon recht interessant aus.
Vielleicht sollte man die Bandbreite des Messempfängers noch etwas 
reduzieren und anschließend eine Blechdose spendieren?

Ist normales FR4 noch für den Teil zwischen R2 und AD549-In+ geeignet?
Diesen Teil ggf. freifliegend?

Mich würde echt interessieren, wie stark das Ausgangssignal schwankt, 
wenn jemand am Aufbau vorbeiläuft. :)

Cheerio,
 Marcus

von Christian L. (cyan)


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Marcus H. schrieb:
> Vielleicht sollte man die Bandbreite des Messempfängers noch etwas
> reduzieren und anschließend eine Blechdose spendieren?

Ja, das sollte man machen. Man könnte auch dem nicht invertierenden 
Eingang noch einen Schutzwiderstand von vielleicht 1MOhm spendieren.

> Ist normales FR4 noch für den Teil zwischen R2 und AD549-In+ geeignet?
> Diesen Teil ggf. freifliegend?

Nein. Ich würde den Knoten frei verdrahten. Auch musst du keinen AD549 
nehmen. Ein anderer günstiger OPV wie z.B. LMC6062 / LMC662 tut es auch. 
(siehe Anhang) Man muss lediglich die Spannungen der Versorgung 
anpassen. Auch kann man die Referenzspannungserzeugung so umsetzen, dass 
man vielleicht nur ca. 200mV hat - dann benötigt man nur einen 1GOhm 
Widerstand.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Christian: Sehr schöne Opamps, garnicht teuer. Nur 3$ statt 45$. :D
Danke für den Tipp.

LMC6062 -> 10fA Input Bias @ 25°C -> immer schön kühl halten.

Sieht schick aus, ESD ist kein Problem mehr, wenn die Widerstände 
halten.
2kV Human Body model kann der Opamp sowieso.

R4 bekommt noch einen kleinen Kappa für die passende Bandbreite 
spendiert.

von Patrick W. (pawi777)


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Hallo,

ich danke euch vielmals für eure Hilfe. Ich werde die Schaltung 
vielleicht schon sehr bald testen können. Ich werde berichten sobald es 
soweit ist!

MfG,
Patrick

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