OpAmp für kleinen negativen Strrom

[Matthias K. (oskito)]

Hallo,
mit einem Kanal des OpAmp AD8630 möchte ich sehr kleine negative Ströme 
(lowside) messen. Die Ströme, die zu erwarten sind, liegen zwischen 
0,2µA und 5µA

Das scheint mit der Standard-Schaltung als invertierender Verstärker bei 
den kleinen negativen Strömen gut zu funktionieren. Als Shunt habe ich 
Rsh = 100Ohm genommen; R1 = 1,1kOhm, R2 = 22kOhm
Mit R2 /R1 = 22k/1,1k = 20 erhalte ich also den Verstärkungsfaktor v=20
Die Meßwerte, die zum ADC sollen, sehen hiermit schonmal gut aus.

Nutze ich jedoch als Shunt Rsh = 1kOhm, dann sehen die Werte am Ausgang 
des OpAmp gut aus, wenn ich als v etwa 10 voraussetze.

Geht der Widerstand des Shunt Rsh immer in die Rechnung ein?
Es wäre dann v = R2/(R1+Rsh). Wie ist das zu erklären?
Was habe ich übersehen?

[Mathias H. (mathias)]

Die Eingangsspannung Ue liegt über den Widerstand R1 am negativen 
Eingang des Operationsverstärkers an.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210141.htm

[Pandur S. (jetztnicht)]

Eigentlich kannst du alle Widerstaende ausser R22 rauswerfen. Das nennt 
sich dann Transimpedanz Verstaerker

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

R22 hat dann 22kOhm und bleibt als letzter seiner Art erhalten.


MfG

[Mani W. (e-doc)]

Matthias K. schrieb:
> Nutze ich jedoch als Shunt Rsh = 1kOhm,

Dann verlierst Du Leistung, also Spannungsabfall am Rsh in einem
viel schlechteren Verhältnis, je kleiner Rsh ausfällt, desto
geringer der Spannungsabfall an der angeschlossenen Schaltung!

[Mani W. (e-doc)]

Merke: Ein Rsh sollte immer so gering als möglich ausgeführt sein...

[Wolfgang (Gast)]

Mathias H. schrieb:
> Die Eingangsspannung Ue liegt über den Widerstand R1 am negativen
> Eingang des Operationsverstärkers an.

Wozu soll der Widerstand R1 gut sein. Der Strom kann besser direkt zum 
invertierenden Eingang des OP fließen. Der spielt dann virtuelle Masse 
und wandelt den Strom über den Gegenkopplungswiderstand in eine 
vernünftig handhabbare Spannung um. U_a = - R2 * I

[Wolfgang (Gast)]

Mani W. schrieb:
> Merke: Ein Rsh sollte immer so gering als möglich ausgeführt sein...

Merke: Bei so kleinen Strömen ist ein Shunt für die Strommessung nicht 
das Mittel der Wahl. Ein TIA ist da besser geeignet.

[Matthias K. (oskito)]

Danke schonmal für die Antworten,

Schlag an die Stirn: - Ein einfacher Strom-Spannungs-Wandler sollte für 
die Aufgabe bereits geeignet sein - für die kleinen positiven Ströme auf 
einem Kanal, wie für die kleinen negativen Ströme auf dem anderen Kanal. 
Das werde ich testen.

Trotzdem versuche ich zu verstehen, warum der Shunt zur Strommessung in 
meiner Schaltung auf den Verstärkungsfaktor wirkt. Oder ist ein 
invertierender Verstärker mit Shunt zur Strommessung völlig abwegig?

Daß man einen Shunt lieber im 0,nix-Ohm-Bereich haben sollte - besonders 
bei großen Strömen, ist mir bewußt.
Doch mein Gedanke war, einen Spannungsabfall über den Shunt zu haben, 
der sich gut handhaben läßt. Der Rsh von 1k hat bei den geringen Strömen 
(um 1µA bei etwa 3V)kaum einen Einfluß.

Ein I-U-Wandler scheint für mein Vorhaben schon sehr geeignet zu sein.

[Mani W. (e-doc)]

Matthias K. schrieb:
> Doch mein Gedanke war, einen Spannungsabfall über den Shunt zu haben,
> der sich gut handhaben läßt. Der Rsh von 1k hat bei den geringen Strömen
> (um 1µA bei etwa 3V)kaum einen Einfluß.

Na dann lass das auch so, dann hast Du auch das für Deine Schaltung
passende (nämlich den Rsh) gefunden, der nieder genug ist für
Deine Zwecke...

[Achim S. (Gast)]

Matthias K. schrieb:
> Trotzdem versuche ich zu verstehen, warum der Shunt zur Strommessung in
> meiner Schaltung auf den Verstärkungsfaktor wirkt.

Am unteren Ende von Rsh liegt Masse, am rechten Ende von R1 liegt 
ebenfalls Masse (wenn auch virtuelle Masse). Wenn Rsh und R1 ungefähr 
gleich groß sind, dann teilt sich der Laststrom, den du messen willst, 
zu ungefähr gleichen Teilen auf beide Widerstände auf - der 
Spannungsabfall an Rsh ist also nur halb so groß, wie du ihn eigentlich 
erwartest.

Bei Shuntwerten im 0,x Ohm Bereich fällt das nicht weiter auf, bei 
Rsh=1kOhm schon.

[Lektor (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Bei Shuntwerten im 0,x Ohm Bereich fällt das nicht weiter auf

...weil der Wert von R1 in diesen Fällen immer (sehr) viel größer
sein (/gemacht werden) wird, als der Wert von Rsh ist.

[Frank K. (kibabalu)]

Matthias K. schrieb:
> Trotzdem versuche ich zu verstehen, warum der Shunt zur Strommessung in
> meiner Schaltung auf den Verstärkungsfaktor wirkt. Oder ist ein
> invertierender Verstärker mit Shunt zur Strommessung völlig abwegig?

der invertierende Verstärker hat als Eingangswiderstand Re=R1. Wenn 
nicht Rsh<<Re gilt, belastest Du Deine Messchaltung zu stark und 
beinflusst so das Ergebnis.

Ein nicht-invertierender Verstärker dagegen, besäße einen Re von nahezu 
unendlich. Der wäre hier die bessere Wahl.

Oder eben der Vorschlag von Joggel E.: Ein Transimpedanzverstärker.

Alles besser als ein invertierender Verstärker.

[Josef (Gast)]

Matthias K. schrieb:
> Trotzdem versuche ich zu verstehen, warum der Shunt zur Strommessung in
> meiner Schaltung auf den Verstärkungsfaktor wirkt.

Hier ist eine theoretische Erlkaerung. Siehe Bild.

[Matthias K. (oskito)]

Danke.

Die Schaltung nach zweimaliger Umwandlung - das leuchtet dann ein.
Da RLast2 sehr viel größer als Rsh2 ist, hat RLast2 kaum Einfluß, wohl 
aber die Reihenschaltung von Rsh2 und R5. Dann stimmt die Welt wieder.

Ob nun der I-U-Wandler oder der invertierende Verstärker am Shunt im 
gesamten Zusammenhang die zuverlässigeren Werte liefert, muß ich noch 
testen.
(Es sind u.a. ein sehr kleiner positiver und ein sehr kleiner negativer 
Last-Strom mit gemeinsamer Masse zu messen) Die Schaltung mit 
invertierendem und nichtinvertierendem OPV an lowside-Shunts 
funktioniert. Die Schaltung als I-U-Wandler funktioniert ebenfalls. Die 
Meßergebnisse an 1kOhm-Shunts scheinen besser als die an 100-Ohm-Shunts 
zu sein.

Mal sehen, wie sich der I-U-Wandler (TIA) schlägt. Bei extrem kleinen 
Strömen (nA-Bereich) scheint er in der Praxis schlechter zu sein. Doch 
da hat wohl der Testaufbau Einfluß. Mein Ziel ist ja nur das Messen im 
Bereich von 0,2µA bis 5µA.