Hallo, ich habe letztens eine Strom-Spannungskennlinie einer kommerziellen 1N4005 Diode aufgezeichnet. Die lineare Darstellung der Kennlinie schaut aus wie erwartet und der Sperrstrom scheint auf dem ersten Blick 0 A zu sein. Stelle ich aber nun die Kennlinie in logarithmischer Form dar, sieht man, dass der logarithmische Strom im Sperrbereich zwischen 10^-ll und 10^-9 hin und her wackelt. Hat jemand eine Ahnung warum diese "Wobble" entstehen? Ich danke für eure Antwort im Voraus!
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Hast du dich schon einmal ernsthaft mit dem Messen von Strömen < 1 µA beschäftigt?
Wie hast du denn Pica-Ampere gemessen? Ich vermute, dass du die Fähigkeiten deiner Messgeräte und deines Aufbaus massiv überschätzt.
Andreas K. schrieb: > Strom-Spannungskennlinie einer kommerziellen 1N4005 Diode aufgezeichnet. Womit? > Hat jemand eine Ahnung warum diese "Wobble" entstehen? Luftfeuchtigkeit am Messaufbau? Oder Störeinkopplungen in den Messaufbau? Wie sah der denn so aus?
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Ich könnte mir vorstellen, dass du da eine Interferenz von Messrate und Netzfrequenz aufgezeichnet hast, zumal bei angeblichen 0V der Strom nicht 0 ist. Supraleitung wird dafür nicht der Grund sein, aber wahrscheinlich die Gleichrichtung einer störenden Wechselspannungseinkopplung an der Diode. Bei Dioden im Glasgehäuse ist auch Lichtempfindlichkeit ein bekannter Störfaktor, aber das Kunststoffgehäuse der 1N4005 wird ziemlich lichtdicht sein.
Hallo Im Klartext geschrieben: Bis in den µA Bereich sind Messungen im "normalen" Umfeld noch relativ problemarm und man braucht sich wenig bis keine weiter Gedanken machen. Aber irgendwann kommt man in einen Bereich wo sich Antenneneffekte, Induktion wo es doch "keine" gibt... doch wirksam werden, eventuell die AD Wandler die letzten Bits nutzen und was immer es sonst noch gibt was man schnell wieder vergessen hat nachdem es mal bei den Grundlagen Thema war (Weil halt selten von Belang - selten ist aber nicht niemals...). So schön die Dekaden Bezeichnungen und Potenzschreibweise auch ist: Nicht vergessen wie weit diese Werte auseinander liegen. Manchmal Schadet es nicht mal das µA mit allen Nachkommastellen auf zu schreiben, bei pA ist das hin in wieder noch mehr angebracht. Zu schnell gewöhnt man sich an den Gebrauch, verliert aber ein Gefühl dafür um welche Werte es sich eigentlich handelt. Leicht OT: Das Stelle ich mir in der Astronomie und in der theoretischen Physik als echte "Problem" vor. Ob irgendein Astronom sich wirklich vorstellen kann (vom "Bauch" her) wieviel in Lichtjahr ist, oder der Physiker der sich mit den Kernbausteinen und Quantenmechanik irgendwas unter die 10 hoch - 43 Metern vorstellen die wohl irgendwie das kleinst mögliche ist (?)
So ein Problem und merkwürdige Driften hatte ich vor 22 Jahren beim Messen von großflächigen Halbleitersensoren (Sperrstrom) beim MaxPlanck. Die Assistentin meinte das Messproblem durch den Austausch mit einer Studentin zu lösen.
Die Satz "wer misst misst Mist" ist prägnant genug, um ihn sich einprägen zu können. ;-)
Lothar M. schrieb: > Andreas K. schrieb: >> Strom-Spannungskennlinie einer kommerziellen 1N4005 Diode aufgezeichnet. > Womit? > >> Hat jemand eine Ahnung warum diese "Wobble" entstehen? > Luftfeuchtigkeit am Messaufbau? Oder Störeinkopplungen in den > Messaufbau? Wie sah der denn so aus? Gemessen habe ich mit einem Potentiostat (Gamry Reference 600, um es genauer zu sagen) in Laborumgebung (konstante Raumtemperatur, geringe Luftfeuchtigkeit, Laborbeleuchtung etc.) Vermutlich überschätze ich tatsächlich die Fähigkeit meines Messgerätes... Oder könnten vielleicht externe Störungen, wie beispielsweise elektromagnetische Felder, eine Ursache sein (Eine Abschirmung mit einem Faradaykäfig wäre in dem Fall eine Lösung)? Dieter schrieb: > So ein Problem und merkwürdige Driften hatte ich vor 22 Jahren beim > Messen von großflächigen Halbleitersensoren (Sperrstrom) beim MaxPlanck. > Die Assistentin meinte das Messproblem durch den Austausch mit einer > Studentin zu lösen Same here! Ich arbeite gerade selber an selbstbeschichteten großflächigen Halbleitersensoren und mir sind diese Wobble zum ersten mal bei deren Vermessung aufgefallen. Anfangs dachte ich es liegt an der selbstbeschichteten Halbleiteroberfläche, weshalb ich dann eine kommerzielle Diode vermessen habe. Nun siehe da... Man sieht den selben Effekt. Nur eben warum?
Andreas K. schrieb: > Gemessen habe ich mit einem Potentiostat (Gamry Reference 600, um es > genauer zu sagen) Link? Datenblatt? > in Laborumgebung (konstante Raumtemperatur, geringe > Luftfeuchtigkeit, Laborbeleuchtung etc.) Wie sah der Aufbau aus? Bei Sub-nA Strömen ist das nicht mehr trivial. > Oder könnten vielleicht externe Störungen, wie beispielsweise > elektromagnetische Felder, eine Ursache sein Sicher. > (Eine Abschirmung mit einem > Faradaykäfig wäre in dem Fall eine Lösung)? Sie kann helfen, wenn man es richtig macht. > kommerzielle Diode vermessen habe. Nun siehe da... Man sieht den selben > Effekt. Nur eben warum? Weil du einen Fehler in deinem Meßaufbau hast. Ich hab in einem Buch Kennlinien von zwei Dutzend Dioden, die gehen runter bis in den pA Bereich und sind alle recht linear (bei doppelt logarithmischer Darstellung)
Für solche Messungen solltets du das Bauteil in einen metallischen Kasten legen. Außerdem sollten die Messleitungen abgeschirmt sein. Schau dir mal Bild 4.16 und 4.17 auf Seite 4.15 an. https://www.mouser.com/pdfDocs/Keithley_Low_Level_Measurements_7Ed.pdf
Die Kennlinien erscheinen mir viel zu glatt für eine reale Messung. War beim Erstellen der Diagramme vielleicht eine Glättungsfunktion aktiv? Wo liegen die tatsächlichen Messpunkte? Vielleicht kannst du ja eine Textdatei mit den numerischen Messwerten (Spannung und Strom) posten. Auch wenn die Antwort vermutlich "nein" ist: Ist die Messung reproduzierbar?
Wie sieht die Messung mit einem Widerstand statt der Diode aus. Wichtig: gleicher Messaufbau.
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Ich habe gestern Abend spaßeshalber mal ausprobiert, inwieweit die Messung des Diodensperrstroms auch mit einfachen Hobbymitteln möglich ist. Dazu habe ich aus einem TLC272, einem Kerko (1nF oder 10nF) und einem Taster auf einem Steckbrett einen Integrierer aufgebaut (schaltung.png). Ein Labornetzgerät liefert dabei die Testspannung (0..60V) für die Diode. Der Sperrstrom wird im Kondensator über mehrere Sekunden akkumuliert und der zeitliche Spannungsverlauf (eine lineare Rampe) auf einem Oszi angezeigt. Aus der Anstiegsgeschwindigkeit lässt sich mittels I=C·dU/dt der Strom berechnen. Vor der eigentlichen Sperrstrommessung habe ich mehrere Testmessungen mit einem 10MΩ-Widerstand an verschiedenen Spannungen durchgeführt und damit nachgewiesen, dass das Verfahren prinzipiell funktioniert. Des Weiteren konnte ich damit die genaue Kapazität des Kondensators (inkl. der parasitären Kapazitäten des Steckbbretts) bestimmen. Ein Vorteil des Integrationsverfahrens liegt darin, dass bei längerer Integrationsdauer der Fehler durch AC-Störungen praktisch vollständig eliminiert werden kann. Was aber bleibt, sind der Leckstrom des Kondensators, Kriechströme auf Grund von Verunreinigungen auf dem Steckbrett sowie der Eingangsstrom des Opamps (der dank Mosfets aber sehr, sehr gering ist). Zur Bestimmung dieser Ströme habe ich den Kondensator aufgeladen und (ohne angeschlossene Diode oder Widerstand) das langsame Abfallen der Spannung auf dem Oszi beobachtet. Es entsteht die typische Entladekurve eines RC-Glieds (U₀·exp(-t/RC)), aus der der parasitäre Widerstand R berechnet werden kann: R=480GΩ. Bei der in der Diodenmessung maximal verwendeten Kondensatorspannung von 3V beträgt der Leckstrom etwa 6pA, weswegen ich ihn in den folgenden Messungen vernachlässigte. Man könnte die parasitären 480GΩ in der Auswertung berücksichtigen, da müsste ich aber erst noch etwas herumrechnen. Die Sperrstrommessung führte zuerst an einer 1N4148 durch, weil diese laut Datenblatt einen geringen Sperrstrom von nur wenigen nA aufweist. Mit C=10nF ergeben sich Anstiegsgeschwindigkeiten des Ausgangssignals je nach angelegter Testspannung von ein paar Hundert mV/s. Bei der 1N4001 erwartete ich eigentlich einen höheren Sperrstrom. Überraschenderweise war er aber deutlich niedriger als bei der 1N4148, was evtl. daran liegt, dass die 1N4001 eine umgelabelte 1N4007 ist. Um die Integrationszeiten (und damit auch der Einfluss des Leckstroms) in Grenzen zu halten, habe ich C auf 1nF reduziert. Die Messergebnisse (messung.png) sehen sehr plausibel aus und stimmen qualitativ gut mit den Diagrammen in den Datenblättern überein. Bei beiden Dioden sind die Sperrströme niedriger als im Datenblatt angegeben, was aber mit der niedrigeren Umgebungstemperatur (20°C statt 25°C), und einer glücklichen Hand bei der Auswahl der getesteten Exemplare erklärt werden kann. Vor und während einer Messung darf man keinesfalls in der Nähe der Schaltung ausatmen, sonst wird das Ergebnis beliebig ungenau. Ebenso wirken sich schon leichte Temperaturänderungen merklich aus das Ergebnis aus. Dazu reicht schon die Strahlungswärme einer LED-Taschenlampe. Als ich testweise einen der Anschlussdrähte der Diode mit dem Lötkolben für 2 Sekunden angetippt habe, erhöhte sich der Strom etwa um den Faktor 10, und es dauerte eine Stunde, bis er wieder auf den ursprünglichen Wert abgefallen ist. Das das Messverfahren relativ zeitaufwendig ist, bietet sich natürlich die Automatisierung mittels eines µC an, der die Testspannung und den Entladeschalter steuert, den Spannungsanstieg per Komparator und Timer misst, die anschließenden Berechnungen inkl. der Kompensations des Leckstroms ausführt und jeweils eine komplette Kennlinie auf einem Display ausgibt oder an einen PC überträgt. Wenn mir mal langweilig ist, werde ich das evtl. in Angriff nehmen.
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Ach ja, ich habe mal das Diagramm 1N4005_Logarithmische_Darstellung.png des TE entlogarithmiert unter der Annahme, dass an den drei Stellen, wo die Kurve die x-Achse trifft, jeweils ein Vorzeichenwechsel stattfindet (kennlinie.png). Dass diese Kennlinie nicht einmal monoton ist, deutet auf ein massives Problem bei der Messung hin. Es könnte aber auch sein, dass bei der Erstellung des Diagramms eine Kurvenglättung mittels Splines o.ä. vor der Logarithmierung angewandt wurde, was zu einem nichtmonotonen Verlauf zwischen den Messpunkten führen kann. Normalerweise merkt man von diesem Effekt nichts, durch die nachträgliche Logarithmierung wird er aber extrem verstärkt.
Hi, Yalu X. schrieb: > (U₀·exp(-t/RC) Etwas gewöhnungsbedürftig. Ich kenn das so: U=Uo mal (1-e hoch minus x) wobei x = t durch R mal C nicht briggscher log sondern Euler ln. ciao gustav
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Bearbeitet durch User
Die merkwuerdigen Messungen sind leider schon richtig. Einige der Einschnuerungen bekommt man nur weg, wenn man den Chip komplett frei legt.
Karl B. schrieb: > Etwas gewöhnungsbedürftig. > Ich kenn das so: > U=Uo mal (1-e hoch minus x) > wobei x = t durch R mal C Das kommt drauf an, ob du die Lade- oder die Entladekurve betrachtest. Das ist ein Unterschied, der sich auch in der mathematischen Beschreibung der Kurve widerspiegelt.
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