Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromquelle in serie mit unbekanntem Zweipoligem Bauteil


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von MadTulip (Gast)


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Moin.

Ich habe eine STROMquelle in serie mit einem Zweipoligem Bauteil dessen 
Eigenschaften ich nicht genau kenne. Das Zweipolige Bauteil besteht 
soweit ich weiss aus zwei Platindräten die in einer NaCl-Wasser Lösung 
hängen. Die Platindräte sind entlang des Drahtes Isoliert und haben nur 
an der freigeschnittenen Spitze eine wenige üm^2 grosse Kontaktfläche 
mit der Lösung. Diese Kontaktfläche ist mit einem unbekanntem Polymer 
p-dotiert - so wurde mir gesagt.

Die Stromquelle schickt einen sinusoid von +1mA bis -1mA (Offset 0mA, 
Amplitude 2mA) durch das Bauteil. Über dem Bauteil messe ich einen 
ebenfalls sinusoiden Spannungsverlauf (selbe frequenz, Amplitude 
~unverändert über den relevanten Frequenzbereich). Das mir 
unverständliche an dem gemessenem Spannunssinusoid ist, dass sein 
Mittelwerk ungleich null ist. Ich habs jetzt nicht mehr genau vor mir, 
aber ich meine mich zu erinnern dass der Spannungssinusoid etwa um 1,4V 
zentriert und ca +-1V Amplitude hatte. Nach U=R*I liegen also bei 0mA 
1,4V an ... ?! Direkt nach dem einschalten der Stromquelle driftet das 
Offset der gemessenen Spannungs etwa über 2 bis 3 sekunden 
e-funktionsartig dem Finalen Wert von ca 1,4V entgegen - als würde sich 
etwas aufladen.

Ich habe zuerst vermutet, dass ein Wiederstand und zwei Dioden in reihe 
ein passendes Ersatzschaltbil wäre. Die würden die 2*0.7V 
Durchbruchsspannung(?) bzw. Offsetspannung erklären - zumindest für die 
positive hälfte des Strom sinusoids. Von zwei Dioden in reihe würde ich 
aber auch erwarten, dass sie den stromfluss in entgegengesetzter 
Richtung sperren - tun sie aber offenbar nicht - Der Spannungsverlauf 
über dem Bauteil hat immer das selbe Vorzeichen (1,4V +-1V). Der 
Stromverlauf durch das Bauteil ist trotzdem +-1mA.

Eine Diode ist ein pn-Übergang. Kann es sein dass es sich hier nur um 
einen p Übergang handelt und dieser in beide stromrichtungen einfach 
eine Durchbruchsspannung erfordert, aber ich keine der Richtungen 
sperrend wirkt ? Mir wäre kein solches Bauteil bekannt. Oder ist diese 
Offsetspannung evtl. mit Chemie zu erklären - ich meine mich zu 
erinnern, dass es beim übergang von Ionenleitung (Na+ Cl-) in 
Flüssigkeiten zur Elektronenleitung im metallleiter eine gewisse 
Potentialdifferenz zu überwinden gilt.

von Wolfgang (Gast)


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MadTulip schrieb:
> Das mir unverständliche an dem gemessenem Spannunssinusoid ist, dass sein
> Mittelwerk ungleich null ist.

Bei jeder Batterie ist der Mittelwert ungleich Null. Vermutlich bilden 
deine Elektroden in der Lösung ein elektrochemisches Element.
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrode#Polarit.C3.A4t_elektrochemischer_Elektroden

von MadTulip (Gast)


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Wenn ich keine Stromquelle anlege messe ich 0V über dem Bauteil. Das 
Bauteil ist also nicht von sich aus eine Spannungsquelle.

von Michael B. (laberkopp)


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MadTulip schrieb:
> Ich habe zuerst vermutet, dass ein Wiederstand und zwei Dioden in reihe
> ein passendes Ersatzschaltbil wäre.

Wiederstand ist zwecklos, versuche es mit Widerstand.

Was willst du mit einem Ersatzschaltbild fester Bauteilwerte, das Ding 
ist ein Sensor und der soll was messen, vermutlich eben genau diesen 
Gleichspannungsaffset, die Wechselspannung ist nur zur Vermeidung von 
Polarisationseffekten da.

Na dann miss das (mit einem Instrumentenverstärker und 
Mittelwertbildung).

von Wolfgang (Gast)


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MadTulip schrieb:
> Wenn ich keine Stromquelle anlege messe ich 0V über dem Bauteil. Das
> Bauteil ist also nicht von sich aus eine Spannungsquelle.

Ein anderer Grund für einen von 0V verschiedenen Mittelwert der Spannung 
kann nichtlineares Verhalten des Elements sein, beispielsweise ein 
unsymmetisches Verhalten bei positivem bzw. negativem Strom. Dann kann 
deine Spannung aber keinen sinusförmigen Verlauf zeigen, weil ein Sinus 
u.a. symmetrisch ist.

von MadTulip (Gast)


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Vermutlich ist meine Stromquelle nicht ideal zentriert (Offset ungleich 
null). Evtl lade ich durch dieses Stromoffset ja das Bauteil so auf, 
dass es sich wie eine Batterie verhält. Ich werde den Strom sinusoid mal 
im Offset verschieben und schauen ob ich das Bauteil dadurch in die 
andere Richtung polarisieren kann.

Michael B. schrieb:
> das Ding
> ist ein Sensor und der soll was messen, vermutlich eben genau diesen
> Gleichspannungsaffset, die Wechselspannung ist nur zur Vermeidung von
> Polarisationseffekten da.

Ne das Ding soll auf den Kortex aufgelegt werden um einen kontrollierten 
Stromfluss durchs Hirn zu schicken. Andere solcher elektroden sollen 
verwendet werden um gleichzeitig dazu spannungen am selben hirn zu 
messen. Die stromquelle ist batteriebetrieben/floating gegenüber dem 
Spannungsmessgerät -> die Offsetspannung ist aus sicht des 
Spannungsmessgeräts evtl. irrelevant. Wenn diese elektroden aber so 
wirken wie eine ladbare Batterie bei dem prozess delaminieren/sich 
auflösen wäre das ... vermutlich nicht so gut.

Ich muss mir die sache mit den Elektroden und der Batterie nochmal genau 
anschauen. Vielen Dank schonmal für den Hinweis.

von Michael B. (laberkopp)


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MadTulip schrieb:
> Ne das Ding soll auf den Kortex aufgelegt werden um einen kontrollierten
> Stromfluss durchs Hirn zu schicken

Also erst mal Medizinproduktegesetze lesen bevor man weiter bastelt, an 
Elektronik am Menschen werden weit höherer Sicherheitsanforderungen 
gestellt als Bastler sich so denken mögen.

von Helmut S. (helmuts)


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> Vermutlich ist meine Stromquelle nicht ideal zentriert (Offset ungleich
null).

Dann mach doch einen Kondensator in Reihe zur Stromquelle. Damit kmmt 
dann garantiert kein Gleichstrom mehr durch.
Den eventuell vorhandenen Gleichanteil deiner Strmquelle musst du über 
einen Widerstand parallel zur Stromquelle ableiten sonst geht die 
Stromquelle in den Anschlag und funktiniert dann nicht mehr.

: Bearbeitet durch User
von MadTulip (Gast)


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Michael B. schrieb:
> MadTulip schrieb:
>> Ne das Ding soll auf den Kortex aufgelegt werden um einen kontrollierten
>> Stromfluss durchs Hirn zu schicken
>
> Also erst mal Medizinproduktegesetze lesen bevor man weiter bastelt, an
> Elektronik am Menschen werden weit höherer Sicherheitsanforderungen
> gestellt als Bastler sich so denken mögen.

Und sollte man aufpassen wenn man durch die schaedelplatte fräst um die 
drähte in den kortex zu bekommen?

Also vielen Dank für die schnellen Inputs Leute. Ich probiers mal 
weiter.

von Marek N. (Gast)


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Natrium-Ionen haben eine unterschiedliche Masse als Chlorid-Ionen.
Ich stelle mir das als eine Art Elektrophorese vor

von Route_66 H. (route_66)


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MadTulip schrieb:
> dass es sich wie eine Batterie verhält.

MadTulip schrieb:
> wirken wie eine ladbare Batterie

MadTulip schrieb:
> Ich muss mir die sache mit den Elektroden und der Batterie nochmal genau
> anschauen.

Richtig, denn in der Elektrotechnik ist eine Batterie eine Kombination 
mehrerer Einzelzellen.

von MadTulip (Gast)


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Nach weiterem herumprobieren stellt sich herraus, das es sich um 
kapazitive Elektroden handelt. Die Impedanz bei 0Hz geht ggn sehr gross, 
fällt dann bis ~2Hz auf ca 2K ab.

Der Ausgang meiner Stromquelle ist nicht ideal Nullzentriert und erzeugt 
einen DC stromanteil von sagen wir mal 50nA. Diese 50nA fallen über dem 
parasitätem Widerstand parallel zu der kapazitiven elektrode ab 
(ersatzschaltbild nicht idealer kondensator) und sorgen für den 
Offsetfehler von einigen Volt. Wäre dieser kondensator ideal würde die 
Stromquelle demendsprechend immer gegen einer ihrer supply rails 
clippen. Wir reiten hier also auf messers schneide.

Schlichtes pusten auf die ICs der Stromquelle sorgte für eine wohl 
temperaturabhängige änderung des DC Offsetstroms im Volt bereich. Die 
Supplyrails meiner spannugnsquelle kann ich nicht sinnvoll über +-10V 
setzen. Wenn dieses DC Offset soweit driftet dass die Stromquelle jemals 
an ihren supplyrails clipped gilt das spiel als verloren.

Es wurde ja oben schon gesagt, dass ein Widerstand parallel zur 
stromquelle (mit kondensatoren in serie mit der elektrode - was ja nun 
schon per se der fall ist) genutzt werden könnte um den gleichanteil zu 
entfernen. Dies würde aber auch zu einem frequenzabhängigem 
spannungsteiler führen.

Für meine anwendung verwende ich eine stromquelle um einen arbiträren 
stromverlauf (keine signalanteile <1Hz) durch eine sich über die zeit 
verändernde last zu schicken. Der frequenzabhängige spannungsteiler 
würde dieses verhalten unterminieren. Diesen Widerstand gross zu 
gestalten würde das teilerverhältniss zwar verbessern, aber eigentlich 
auch garnichts an dem problem ändern.

Optionen sind also:
- keine kapazitiven elektroden verwenden - nicht möglich. die elektroden 
sind eine randbedingung
- stromquelle mit 0 offset - ideales bauteil, nicht möglich
- live messen der DC offsetspannung -> regelschleife
- eine art hochpassfilter für den stromsinusoid in den ausgang schalten? 
- gibt es so etwas?

------------
tja: wir schieben DC strom durch einen unendlich grossen widerstand. 
schon bald werden wir spannungen über einem kurzschluss erzeugen wollen. 
begeisterung

von MadTulip (Gast)


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MadTulip schrieb:
> Dies würde aber auch zu einem frequenzabhängigem
> spannungsteiler führen.

Dies würde aber auch zu einem Elektrodenimpedanzabhängigem
stromteiler führen.

von MadTulip (Gast)


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Hier wird eine analoge Rückkopplung zum entfernen des Offsetstroms 
beschrieben.: 
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0967-3334/15/2A/013/pdf

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