Impedanzwandler geeigneter OP

[Beat S. (volta)]

Hallo Gemeinde

Habe eine Schaltung, die eine Spannung, ca. 4V speichert, um sie dann
nach 60 Sek. mit einem anderen Spannungswert vergleicht.
Der gespeicherte Wert sollte im Bereich von 5mV stabil bleiben.
Leider habe ich festgestellt, wenn die Umgebungstemperatur ca. 40°C
ist, (dies ist im Betrieb möglich) sich der gespeicherter Wert um
bis zu 100mV absenkt.

Speisung:        12V
OP:              LMC662CN/NOPB
C20:             Keramikvielschichtkondensator X7R
Analogschalter:  CD4066BE

Ich denke, dass es für meine Anwendung bessere OP`s gibt.
Könnt Ihr mir weiterhelfen?

Vielen Dank!
Beat

[Helmut S. (helmuts)]

Erlaubter Leckstrom:
I = 5mV*100nF/60s = 8,33pA

Das wird in der Praxis nicht klappen.
Nimm ein paar wenige xuF Folien-Cs parallel um auf 10uF zu kommen.
Damit kommst du dann schon mal auf 833pA erlaubten Leckstrom.

Soll das ein Halbleiteranalogschalter sein?
Achte auf kleiner 100pA Leckstrom im Auszustand bei der maximal 
erwarteten Temperatur.

[K. S. (the_yrr)]

Beat S. schrieb:
> OP:              LMC662CN/NOPB
hat laut Datenblatt >1 TeraOhm Eingangswiderstand
> Analogschalter:  CD4066BE
hat laut Datenblatt (texas instr.) 10pA typisch ("geschönte" 
Werbungsangabe auf der ersten Seite) im Off state, zum Widerstand selber 
ist nichts zu finden, im Datenblatt von National Semiconductor steht bei 
25°C maximal +-50nA, bei 85°C max. +-200nA.

Helmut S. schrieb:
> Soll das ein Halbleiteranalogschalter sein?
> Achte auf kleiner 100pA Leckstrom im Auszustand bei der maximal
> erwarteten Temperatur.

ich denke auch das das Problem eher bei diesem liegt, wobei 1 TeraOhm 
auch nicht so viel ist bei erlaubten 8pA.

[Helmut S. (helmuts)]

> hat laut Datenblatt (texas instr.) 10pA typisch ("geschönte"
Werbungsangabe auf der ersten Seite) im Off state, zum Widerstand selber
ist nichts zu finden, im Datenblatt von National Semiconductor steht bei
25°C maximal +-50nA, bei 85°C max. +-200nA.

Bei den Specs ist der für diese Anwendung völlig ungeeignet. Typische 
Specs kann man den Hasen geben. Bei Bastlern ist das natürlich egal.

[Beat S. (volta)]

Vielen Dank für Eure Infos!

Helmut S. schrieb:
> Bei den Specs ist der für diese Anwendung völlig ungeeignet. Typische
> Specs kann man den Hasen geben. Bei Bastlern ist das natürlich egal.

Was wäre dann für meinen Einsatz der richtige  OP?

[Udo S. (urschmitt)]

Ganz ehrlich?
Ein kleiner µC der den Wert misst. Der kann ihn auch einen Tag 
speichern, ohne daß er sich auch nur um 1 Bit ändert.

[Udo S. (urschmitt)]

Wenn denn analog sein muss:
Such dir einen aus:
https://www.mouser.de/Semiconductors/Amplifier-ICs/Operational-Amplifiers-Op-Amps/_/N-4h00g/
Such dir einen aus der nur wenige Picoampere Eingangsstrom hat und sonst 
passt.

Aber wie meine Vorredner geschrieben haben. Das eigentliche Problem 
dürfte der Kondensator und der Schalter am Eingang sein.
Nimm wie oben schon gesagt einen guten Folienkondensator.

[Beat S. (volta)]

Ja ich weis...
Die jetzige Steuerung muss noch ein Jahr so laufen, dann wird sie 
überarbeitet.
Aber bis dann möchte ich sie mit wenig Aufwand optimieren!

[Pandur S. (jetztnicht)]

Du willst einen OpAmp der wenig Eingansstrom hat, bedeutet einen mit FET 
Eingang. Das hat der LMC662. der ist mit 2fA spezifiziert.

Du willst einen Cap, der wenig Leckstrom hat. Ein X7R hat vor allem Mal 
eine nichtlineare Kennlinie. Ein Folien waere besser, zB Polypropylen. 
Und der Cap sollte groesser sein. Vielleicht 1uF. Mehr wird klotzig.

Der Analogschalter sollte einen geringen Leckstrom haben. Also eher 
nicht so ein Bastelteil aus der Grabbelkiste.
Meine besten Analogschalter, die MAX4636 habe 10pA.bei 5V Speisung.

Wie soll der Cap geladen werden ? Mit einem OpAmp ? OpAmps haben nicht 
gerne kapazitive Lasten. Also mit einem Widerstand verlangsamen. Wie 
schnell soll geladen werden ?

Das Wichtigste bei kleinen Stromen .. Die Leiterplatte. Und speziell 
hier, mit einem Guardring arbeiten. Es gibt Lowcurrent Design 
Richtlinien, ohne die wird das nichts mit ein paar pA.

Allenfalls gaebe es noch den ACF2101, der hat zwei passende Schalter und 
nur 100fA Leckstrom.

Weshalb darfs keine digitale Loesung sein ?

[Helmut S. (helmuts)]

Helmut S. schrieb:
> Erlaubter Leckstrom:
> I = 5mV*100nF/60s = 8,33pA
>

Ich hatte übersehen, dass es 330nF sind.

I = 5mV*330nF/60s = 27,5pA

[torusle (Gast)]

My two cents, wenn es denn Analog sein soll:

- Eingangsspannung zunächst verstärken, z.B. Faktor 2

- den Opamp durch einen richtigen Sample&Hold Chip ersetzen.

- Hinter dem Sample&Hold das Signal wieder durch Faktor 2 teilen. Damit 
halbiert sich auch der Fehler.

- Nicht am Kondensator sparen. Folie sollte es schon sein.


Und auch wichtig: Auf eine saubere Spannungsversorgung achten die im 
Optimalfall temperaturkompensiert ist.

[Udo S. (urschmitt)]

Zitronen F. schrieb:
> Das Wichtigste bei kleinen Stromen .. Die Leiterplatte. Und speziell
> hier, mit einem Guardring arbeiten.

Ich kann mich noch an Teflon Lötstützpunkte erinnern, auf die dann die 
Eingänge der OPs gebogen wurden :-)

[K. S. (the_yrr)]

Wenn es halb digital werden darf, such mal nach "infinite sample & 
hold". da wird ein ADC direkt an einen DAC angeschlossen, also ohne µC 
oder ähnliches. wäre zwar etwas größer, hält den Wert aber bis die 
Spannung abgeschaltet wird.

[Jens G. (jensig)]

Zu fragen wäre noch, ob der C nicht schon durch Temperaturschawankungen 
seine Kapazität so sehr ändert, daß die Spannungs ebenfalls entsprechend 
schwankt. Das eine Promille an geforderter Konstanz wird man wohl lässig 
überschreiten, wenn man die Temperatur nicht konstant hält.

[georg (Gast)]

Eigentlich ist die Antwort ganz einfach: wenn man denn unbedingt eine 
Spannung längere Zeit mit einem Kondensator speichern will, sind ALLE 
beteiligten Bauteile bzw. deren Leckströme wichtig, damit die Spannung 
nicht wegläuft: Der Kondensator, der Umschalter für Sample and Hold, der 
nachfolgende Verstärker und auch die Leiterplatte und was sonst noch mit 
dem Speicherkondensator verbunden ist. Das ist nicht unbedingt etwas für 
Anfänger.

Es ist auch nicht weiter schwierig, die Leckströme zusammenzuzählen und 
die Änderungsgeschwindigkeit zu berechen. Da gibt es dann immer einen 
Punkt, von dem an eine digitale Lösung mit weniger Aufwand funktioniert, 
vor allem ohne Zeitbegrenzung.

Georg

[Beat S. (volta)]

Zitronen F. schrieb:
> Du willst einen Cap, der wenig Leckstrom hat. Ein X7R hat vor allem Mal
> eine nichtlineare Kennlinie. Ein Folien waere besser, zB Polypropylen.
> Und der Cap sollte groesser sein. Vielleicht 1uF. Mehr wird klotzig.

Vielen Dank, habe den Kondensator durch 2u2F Polypropylen ersetzt
und es hat die Messung deutlich verbessert!

Die Ladung der 2u2F ist kein Problem, da sich der Wert langsam ändert!

Lg Beat