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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wechselstromgenerator mit 50 mikroampere Stromstärke


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Autor: Benkafallah (Gast)
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Hallo Leute ich habe ein Problem. Ich möchte biologische Zellen mit 
einem Wechselstrom von 50 mikroampere versorgen und die abfallende 
Spannung messen, verstärken bevor ich das zu dem AD Wandler des 10 Bit 
Arduino schicke um dann den gemessenen Widerstand der Zellen auf LCD 
anzuzeigen. Könnte jemand mir bitte irgendwie helfen?

: Verschoben durch Moderator
Autor: Sebastian R. (sebastian_r569)
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Benkafallah schrieb:
> Könnte jemand mir bitte irgendwie helfen?

Sobald du eine konkrete Frage stellst oder ein konkretes Problem hast, 
sicherlich gerne.

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Ich möchte halt wissen wie ich das mit dem Wechselstrom mit 50 
mikroampere Stromstärke hinkriegen kann? Gibt es irgendeine Schaltung?

Autor: Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)
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Welche maximale Spannung soll die Quelle haben? Welche Wellenform? Wie 
genau müssen die 50µA sein?

Autor: soso... (Gast)
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Salem M. schrieb:
> Ich möchte halt wissen wie ich das mit dem Wechselstrom mit 50
> mikroampere Stromstärke hinkriegen kann? Gibt es irgendeine Schaltung?

Hunderte. Tausende.
Es wird dir aber niemand helfen können, wenn du nicht konkreter wirst.

Fehlende Angaben:
- Spannung
- Frequenz
- Signalform

Stromqullen zu bauen ist kein Hexenwerk, aber die Angaben benötigt man 
trotzdem.


So in der Art zum Beispiel:
https://elektroniktutor.de/analogverstaerker/ui_konv.html

50µA sollte kein  Problem sein.

Autor: Neugierige (Gast)
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Spannung ohne Strom ja.
Strom ohne Spannung nein.
🐝

Autor: soso... (Gast)
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Neugierige schrieb:
> Strom ohne Spannung nein.

Aha, und was ist mit Supraleitern?

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Die maximale Spannung ist 3,3V und die Wellen ist Sinus und frequenz 
zwischen 5Hz und 12Hz

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Wenn die Ausgangsspannung deines Wechselstromgenerators bekannt ist, 
kannst du einfach mit dem Ohmschen Gesetz einen Serienwiderstand 
errechnen, der den Strom auf 50µA begrenzt.

Bspw. haben wir eine Signalquelle mit 5Vpp. Um auf 50µA Ipp zu kommen, 
reicht ein 5/50E-6 = 100kOhm Widerstand.

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Die 50 mikroampere sollen konstant sein aber die Polarität der 
Elektroden sollen wechseln

Autor: Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)
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Salem M. schrieb:
> Die 50 mikroampere sollen konstant sein aber die Polarität der
> Elektroden sollen wechseln

Bei Wechselspannung kann der Wechselstrom nicht konstant bleiben... 
höchstens der Effektivwert... das wird aber regelungstechnisch bei 5 Hz 
recht sportlich...

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Matthias S. schrieb:
> Wenn die Ausgangsspannung deines Wechselstromgenerators bekannt ist,
> kannst du einfach mit dem Ohmschen Gesetz einen Serienwiderstand
> errechnen, der den Strom auf 50µA begrenzt.
>
> Bspw. haben wir eine Signalquelle mit 5Vpp. Um auf 50µA Ipp zu kommen,
> reicht ein 5/50E-6 = 100kOhm Widerstand.

Dankeschön Matthias das ist schon sehr hilfreich. Ich habe noch eine 
Frage. Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene 
Spannung in Wiederstand umwandelt?

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Salem M. schrieb:
> Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene
> Spannung in Wiederstand umwandelt?
Was ist ein Wiederstand?
> dass er mir die gemessene Spannung in Wiederstand umwandelt?
Dazu musst du sicher wissen, dass der Strom konstant ist. Sonst musst du 
den Strom auch noch messen und mit R = U/I den Widerstand ausrechnen.

Matthias S. schrieb:
> Bspw. haben wir eine Signalquelle mit 5Vpp. Um auf 50µA Ipp zu kommen,
> reicht ein 5/50E-6 = 100kOhm Widerstand.
Dann bleiben aber nur noch 0V für den Verbraucher, weil bei "Vollast" 
die gesamte Spannung am Vorwiderstand abfällt...

Benkafallah schrieb:
> Ich möchte biologische Zellen mit einem Wechselstrom von 50 mikroampere
> versorgen
Welchen Widerstand haben diese "Zellen"? Dann kannst du mit U = I*R 
ausrechnene, welche Spannung für deine Aufgabe mindestens nötig ist.

Salem M. schrieb:
> Die 50 mikroampere sollen konstant sein aber die Polarität der
> Elektroden sollen wechseln
Bei einem Sinusstrom ist nichts irgendwie "konstant". Der ändert sich 
ständig. Er wird sogar kurz 0, wenn er die Polarität wechselt.

Benkafallah schrieb:
> Ich möchte biologische Zellen mit einem Wechselstrom von 50 mikroampere
> versorgen und die abfallende Spannung messen
Warum willst du die Spannung messen? Welche Erkenntnisse kannst du 
daraus gewinnen? Kannst du dieses Ziel nicht auch mit einer konstanten 
Wechselspannung und einem simplen Spannungsteiler aus Widerstand und 
"Zelle" erreichen?
Damit kommen wir zu deiner ursprünglichen Frage zurück:
Salem M. schrieb:
> Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene
> Spannung in Wiederstand umwandelt?
Wenn du den Ansatz mit dem Spannungsteiler machst, dann hast du eine 
"konstante" Wechselspannung, einen bekannten festen Widerstand, die 
"Zelle" und eine daran abfallende Spannung. Daraus lässt sich mit einem 
Dreisatz dann ganz einfach der Zellwiderstand berechnen.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Schorsch X. (bastelschorsch)
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Nimm doch einen AD9833 mit OP hintendran für symetrische Spannung wie 
z.B. die angegebenen 5Vpp. Dann entsprechenden Widerstand (!!!) je nach 
gewünschter Ausgangsimpedanz, und einen 2. OP der die Spannung über der 
Probe verstärkt -> Arduino. Das dürfte relativ flott gehen.
Oder einen U/I Wandler und ansteuerung direkt über den Arduino. Bei 12 
Hz dürften 100-1000 Hz Abtastrate schon recht gut funktionieren. Filter 
hintendran + Pegelanpassung.
usw. usw. usw.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Benkafallah schrieb:

> mi einem Wechselstrom von 50 mikroampere versorgen

Nimm einen fertigen Signalgenerator und schalte
einen passenden Widerstand nach.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Lothar M. schrieb:
> Dann bleiben aber nur noch 0V für den Verbraucher, weil bei "Vollast"
> die gesamte Spannung am Vorwiderstand abfällt...

Ja, genau so ist es. Aber der TE hat ja nichts zum Innenwiderstand 
seiner Dingens gesagt. Der müsste dann in die Berechnung des 
Vorwiderstandes eingehen.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Salem M. schrieb:
>Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene
>Spannung in Wiederstand umwandelt?

In dem du ihm sagst das er Spannung durch Strom
ausrechnen soll. Rechnen kann der Arduino ja.

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Salem M. schrieb:
> Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene
> Spannung in Wiederstand umwandelt?

Au weia.

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Lothar M. schrieb:
> Salem M. schrieb:
>> Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene
>> Spannung in Wiederstand umwandelt?
> Was ist ein Wiederstand?
>> dass er mir die gemessene Spannung in Wiederstand umwandelt?
> Dazu musst du sicher wissen, dass der Strom konstant ist. Sonst musst du
> den Strom auch noch messen und mit R = U/I den Widerstand ausrechnen.


Diese Zellen haben einen Widerstandbereich zwischen 0 und 10K.

Autor: karadur (Gast)
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Wahrscheinlich geht es mit einem Rechtecksignal. Ich vermute der TO will 
Elektrolyse vermeiden. Dann wäre es eine umschaltbare Stromquelle/senke 
mit 50uA. Das Signal kann der Arduino erzeugen. Die Spannungsmessung mit 
einem umschaltbren Verstärker ( +/- ) und dann auf den ADC.

Autor: Falk B. (falk)
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Axel S. schrieb:
> Salem M. schrieb:
>> Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene
>> Spannung in Wiederstand umwandelt?
>
> Au weia.

Wegen dem "Wiederstand" oder der totalen Planlosigkeit und Naivität?
Hey, das sind die neuen Bachelors, die sind so ;-)

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Der Kleinste Widerstand von den Zellen ist 50 ohm und ich habe das mal 
den Strom gemacht und da kam 2,5mV raus. Ich habe zwei Fälle :
1. Fall : niederohmige Zellen, die mit 50 mikroampere versorgt werden 
und deren Widerstandbereich zwischen 0 und 1k liegt
2.Fall : hochohmige Zellen, die mit 5 mikroampere versorgt werden und 
deren Widerstandbereich zwischen 1k und 10k liegt
Wie soll ich ein Signalgenerator benutzen, der die beide Ströme 
umschalten soll? Mit einem Taster am Arduino? Oder mit einem Relais?

Autor: jemand (Gast)
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Falk B. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Salem M. schrieb:
>>> Wie kann den Arduino so programmieren, dass er mir die gemessene
>>> Spannung in Wiederstand umwandelt?
>>
>> Au weia.
>
> Wegen dem "Wiederstand" oder der totalen Planlosigkeit und Naivität?
> Hey, das sind die neuen Bachelors, die sind so ;-)

Schon mal überlegt, dass der TE  möglicherweise fachfremd ist?

Autor: Joachim B. (jar)
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soso... schrieb:
> Neugierige schrieb:
>> Strom ohne Spannung nein.
>
> Aha, und was ist mit Supraleitern?

ja was ist mit denen?

erklär mal,
selbst mit 0 Ohm fliesst noch lange kein Strom, warum sollte er auch 
ohne Potenzialdifferenz, auch Spannung genannt.

https://www.weltderphysik.de/gebiet/materie/supraleiter/
noch so ein Unfug: "Enorme Strommengen ließen sich sparen"

ähm, wieso denn?
wenn der Strom gebraucht wird, dann wird er fliessen, was sollen da 0 
Ohm im Weg sparen?

Autor: Ach Du grüne Neune (Gast)
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karadur schrieb:
> Wahrscheinlich geht es mit einem Rechtecksignal. Ich vermute der
> TO will Elektrolyse vermeiden.

Ein Rechtecksignal wäre ideal. Dann könnte man bei der niedrigen 
Frequenz auch 4 Optokoppler als H-Brücke verschalten und in die 
Masseleitung einen Widerstand für den Spannungsabfall einfügen. Am 
Widerstand entsteht je nach Strom eine proportionale Gleichspannung. 
Diese könnte man dann noch mit einem OPV beliebig verstärken oder 
einfach nur impedanzwandeln und dannach mit dem Arduino auswerten.

Die Optokoppler haben den Vorteil, dass bei der geringen Stromstärke 
(50uA) keine Basis- oder Gateströme anfallen können, die sonst das 
Ergebnis massiv verfälschen würden!

Denn das charmante daran ist ja gerade, dass der Gleichrichter jetzt 
entfallen kann.

Autor: Route 6. (route_66)
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Falk B. schrieb:
> Wegen dem "Wiederstand" oder der totalen Planlosigkeit und Naivität?
> Hey, das sind die neuen Bachelors, die sind so ;-)

Bereits in der "Feuerzangebowle" wurde korrigiert: "wegen des 
Widerstandes"

Autor: Salem M. (benkafallah)
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karadur schrieb:
> Wahrscheinlich geht es mit einem Rechtecksignal. Ich vermute der TO will
> Elektrolyse vermeiden. Dann wäre es eine umschaltbare Stromquelle/senke
> mit 50uA. Das Signal kann der Arduino erzeugen. Die Spannungsmessung mit
> einem umschaltbren Verstärker ( +/- ) und dann auf den ADC.

Ja genau das will ich! Ich habe eine Schaltung gemacht. Ich zeige euch 
mal

Autor: Falk B. (falk)
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jemand schrieb:

>> Wegen dem "Wiederstand" oder der totalen Planlosigkeit und Naivität?
>> Hey, das sind die neuen Bachelors, die sind so ;-)
>
> Schon mal überlegt, dass der TE  möglicherweise fachfremd ist?

Schon mal überlegt, daß er eben darum die Aufgabe an einen Fachmann 
übertragen sollte?

Autor: Falk B. (falk)
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Salem M. schrieb:
> Ja genau das will ich! Ich habe eine Schaltung gemacht. Ich zeige euch
> mal

OMG! Er kann nicht mal ein gescheites Bild seiner Schaltung liefern. 
Nein, ein verwaschenes Handybild ist KEIN Screenshot, eher ein Schuß ins 
Knie!

Siehe Bildformate.

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Meinst du so eine Schaltung?

Autor: Joachim B. (jar)
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Falk B. schrieb:
> OMG! Er kann nicht mal ein gescheites Bild seiner Schaltung liefern.
> Nein, ein verwaschenes Handybild ist KEIN Screenshot, eher ein Schuß ins
> Knie!

ich bin darauf reingefallen und dachte fast es ist Freitag.

Autor: Salem M. (benkafallah)
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Angehängte Dateien:

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Falk B. schrieb:
> Salem M. schrieb:
>> Ja genau das will ich! Ich habe eine Schaltung gemacht. Ich zeige euch
>> mal
>
> OMG! Er kann nicht mal ein gescheites Bild seiner Schaltung liefern.
> Nein, ein verwaschenes Handybild ist KEIN Screenshot, eher ein Schuß ins
> Knie!
>
> Siehe Bildformate.

Hier ist es ein besseres Bild

Autor: Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)
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Hier ist mal eine technische Übersicht über das Design von 
Konstantstromquellen: 
https://home.zhaw.ch/kunr/Elektronik2/Slides/Stromquellen.pdf

50µA ist schon extrem wenig, ich könnte mir vorstellen, diesen kleinen 
Strom über ein passendes Reed-Relais bipolar umzuschalten. Ein normales 
Relais verträgt so geringen Strom nicht, weil die Kontakte oxydieren...

Autor: karadur (Gast)
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Dein Relais wird bei den kleinen Strömen und Spannungen mal Probleme 
machen. Es sei denn du hast Goldkontakte.

Was an der Schaltung fehlt ist ein Polwender der dein Messobjekt 
zyklisch umschaltet. Bei deinen Strömen könnte man das mit 
Analogschaltern machen.

Wenn man synchron die Spannungsmessung mit schaltet könnte man so den 
Widerstand messen.

Autor: Falk B. (falk)
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Salem M. schrieb:
>> Siehe Bildformate.
>
> Hier ist es ein besseres Bild

Bis du ignorant oder Legastheniker?

JPG ist NICHT das Bildformat der Wahl!!! Siehe Bildformate!!!

Autor: Zocker_54 (Gast)
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Falk B. schrieb:
> OMG! Er kann nicht mal ein gescheites Bild seiner Schaltung liefern.
> Nein, ein verwaschenes Handybild ist KEIN Screenshot, eher ein Schuß ins
> Knie!

Ich wage mal die Behaupttung aufzustellen, dass jemand den Benutzer Falk 
gehackt oder im Keller geknebelt hat. Ich jedenfalls finde, dass sich 
der/die Falk in letzter Zeit zu direkt (daneben) benimmt und ich das in 
früheren Beiträgen so nicht sehen konnte.

Autor: Christian S. (roehrenvorheizer)
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Hallo,

kann man dem Salem nicht eine geeignete Fachkraft beiseite stellen, die 
die spezielle Schaltung vervollständigen kann? Warum muß das wieder ein 
Einzelkämpfer machen, wenn doch in der Arbeitswelt immer die 
Teamfähigkeit gepriesen wird.

Arduino scheint das universelle Mittel für fachfremde Einsteiger zu 
sein, die zwar mit viel Begeisterung an die Sache heran gehen, aber 
weitgehend frei von Erfahrung an den ersten Klippen bereits scheitern.

MfG

Autor: karadur (Gast)
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Wenn er an der Uni ist wird es dafür wohl kein Geld geben oder die 
Werkstätten sind überlastet.

Autor: Zitronen F. (jetztnicht)
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Es gibt fertige Impedanzanalyzer auf einem chip. Schau mal unter AD5934

Autor: Andrew T. (marsufant)
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Wolfgang R. schrieb:
> ch könnte mir vorstellen, diesen kleinen
> Strom über ein passendes Reed-Relais bipolar umzuschalten. Ein normales
> Relais verträgt so geringen Strom nicht, weil die Kontakte oxydieren...

Du benötigst dazu ein Relais mit 10 kHz Schaltfrequenz  --  no go.
Lediglich für den Bereichswechsel  5uA/50uA  ist das Reed OK.

Autor: Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)
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Salem M. schrieb:
> frequenz
> zwischen 5Hz und 12Hz

?

Autor: Andrew T. (marsufant)
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Wolfgang R. schrieb:
> Salem M. schrieb:
>> frequenz
>> zwischen 5Hz und 12Hz
>
> ?

und die Wellen ist Sinus   schreibt er auch.

Mach mal Sinus mit Reed.

Autor: Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)
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Ich dachte, Sinus wäre schon längst vom Tisch? Mach mal Stromquelle mit 
Sinus... ;-)

Immer das gleiche Problem - beschissene Lastenhefte...

Autor: Andrew T. (marsufant)
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Wolfgang R. schrieb:
> Mach mal Stromquelle mit
> Sinus... ;-)

Mach mal Spannungsquelle mit Sinus und steuere damit einen
U/I Umsetzer an .-)


> Immer das gleiche Problem - beschissene Lastenhefte...

Wenn es einfach zu lösen wäre, könnte es ja jeder :-))

: Bearbeitet durch User
Autor: Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)
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Kann man machen, aber was will jetzt der TO genau?

Autor: Falk B. (falk)
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Das Steuersignal für die Konstantstromquellen erzeugt man 
sinnvollerweise mit dem AVR. Im einfachsten Fall von Rechtecksignalen 
über einen Digitalausgang. Wenn es Sinus sein soll/muss entweder per 
Soft-DDS und PWM + Filter oder wenn man es sich einfacher machen 
will per DDS-IC ala AD9837. Die Stromquellen im Schaltplan sind ja schon 
4 Quadranten fähig, bei 50uA und den Frequenzen auch kein Thema. Die 
Umschaltung zwischen 5 und 50uA macht man an EINER Stromquelle mit 
Analogschaltern für die Einspeisewiderstände.

Die Spannungsmessung mit dem INA ist schon mal gut, aber der braucht 
mehr Versorgungsspannung 0V und VCC reichen da eher nicht. Die 
Umschaltung der Verstärkung kann man auch per Analogschalter machen, ist 
kleiner und sinnvoller.

Die zwei Transisoren rechts sind ein sinnloses Kauderwelsch, das so 
sicher keiner braucht.

Dann bleibt noch die Frage nach dem Massebezug. Haben die Proben 
normalen Massebezug oder will man das alles lieber potentialfrei halten. 
Dann wird es nochmal deutlich aufwändiger.

Autor: karadur (Gast)
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Rechteck geht. Es geht darum die Elektrolyse zu verhindern.

Autor: Jacko (Gast)
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50 µA Wechselstrom an biol. Zellen.

Lösung; Trafo 230 V / 24 V und 480 kOhm. FERTIG!
Das ist schon mal berührungssicher.

Und wenn die biol. Zelle zu viel Widerstand liefern, kriegen
sie halt weniger, als 50 µA. - Selber schuld.

Kommt mal einer mit dem PROBLEM?

Autor: Christian L. (cyan)
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Das Thema gab es doch schon einmal:
Beitrag "steuerbare Stromquelle 50µA und 5µA"

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