Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik messen kleiner Ströme (1uA)


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von Marten K. (grashalm4)


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Hallo,

Ich möchte den Eingangsstrom einer Schaltung mit dem Oszilloskop messen.
Dazu habe ich einen Shunt (R=10 Ohm) in die Versorgung eingebaut und 
möchte den Spannungsabfall darüber messen.

Leider habe ich keinen differenziellen Tastkopf und muss beide Kanäle 
des Oszis benutzen. (Also Channel A vor den Shunt, Channel B hinter den 
Shunt und dann mit einer Rechenfunktion  I = (B-A)/10 den Strom 
bestimmen)

Die Spannung der Schaltung ist 3.3V. Das Bedeutet ich muss den 
Messbereich des Oszis sehr hoch stellen (+- 5V). der ADC des Oszis hat 8 
bit, somit habe ich eine Auflösung von 40mV/4mA  ... damit kann ich 
leider gar nichts messen.
Erhöhen kann ich den Widerstand des Shunts nicht, da ich sonst mein 
System zu stark beeinflusse (denke ich)

Was ist jetzt am Sinnvollsten?
- einen differenziellen Tastkopf bestellen? Dann den Messbereich klein 
und somit mehr Auflösung erhalten? 10Ohm * 1uA = 10uV .. mit 100-Facher 
Verstärkung sind das 1mV. der Kleinste Messbereich ist +-50mv, da hätte 
ich 50mv/2^8 = 195uV Auflösung. Ginge oder?

- Analoger Messverstärker zwischen den Shunt und das Oszi? Damit habe 
ich bislang gar keine Erfahrung gemacht.

für soeinen Tastkopf legt man ja schon 300+€ hin.. Wäre zurnot aber 
verschmerzbar

Grüße

von hinz (Gast)


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Man kann den Masseanschluss des normalen Tastkopfs bestimmt an das eine 
Ende des Shunts legen, vorzugsweise das näher an der Versorgung. 
Notfalls die Schaltung über Trenntrafo betreiben.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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So ein Tastkopf hat im Vergleich mit einem Multimeter eine große 
Bandbreite und zeigt damit auch das Rauschen in dieser Bandbreite an. 
Daher kann er nicht so niedrige Ströme messen wie ein Multimeter. Man 
darf aber einen schmalbandigeren Vorverstärker vorschalten, dann wird 
das besser. Kommt also darauf an, wie schnell die Stromänderungen noch 
angezeigt werden sollen.

von Olaf (Gast)


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> Was ist jetzt am Sinnvollsten?

Welche Bandbreite brauchst du?

> - Analoger Messverstärker zwischen den Shunt und das Oszi? Damit habe
> ich bislang gar keine Erfahrung gemacht.

Wuerde ich an deiner Stellung mal probieren...


Olaf

von Εrnst B. (ernst)


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Marten K. schrieb:
> Analoger Messverstärker zwischen den Shunt und das Oszi? Damit habe
> ich bislang gar keine Erfahrung gemacht.

INA138 o.Ä.? Oder wird dir das zu langsam & ungenau?

von DS (Gast)


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Das einfachste wäre wohl, nicht im Pluszweig zu messen sondern im 
Minuspfad. Dann kannst du die Skalierung am Oszi gescheiter wählen. Oder 
gewisse Oszis lassen es zu, eine Offsetspannung (vor dem AD-Wanlder) 
einzustellen, dann kann man die Y-Skalierung auch vernünftiger 
einstellen.

von Thomas W. (goaty)


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von Gerald K. (geku)


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Marten K. schrieb:
> Erhöhen kann ich den Widerstand des Shunts nicht, da ich sonst mein
> System zu stark beeinflusse (denke ich)

Den Messwiderstand so lange zu vergrößern bis ein brauchbarer 
Spannungsabfall entsteht. Kaputtkann dabei nichts werden. Es ist auf 
jedem Fall die billigste Variante, einen Versuch ist es wert!

So lange der Messwiderstand um 2 Zehnerpotenzen kleiner als der 
Eingangswiderstand ist, wird sich die Beeinflussung in Grenzen halten.

von Falk B. (falk)


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Marten K. schrieb:
> Hallo,
>
> Ich möchte den Eingangsstrom einer Schaltung mit dem Oszilloskop messen.

Was für ein Schaltung? Warum willst du den mit dem Oszi messen? Ändert 
der sich so schnell und ist das wichtig?
1uA Ströme mit dem Oszi messen ist SEHR ausgefallen!

> Die Spannung der Schaltung ist 3.3V. Das Bedeutet ich muss den
> Messbereich des Oszis sehr hoch stellen (+- 5V).

Nö, man kommt da locker auch 100mV/DIV runter. Die Oszis können deutlich 
mehr Meßbereich intern verarbeiten, als angezeigt wird.

> Erhöhen kann ich den Widerstand des Shunts nicht, da ich sonst mein
> System zu stark beeinflusse (denke ich)

Siehe oben!

> Was ist jetzt am Sinnvollsten?

Siehe oben und Netiquette!

> - einen differenziellen Tastkopf bestellen?

Nö, denn die sind auch nicht für sowas exotisches gedacht.

> und somit mehr Auflösung erhalten? 10Ohm * 1uA = 10uV .. mit 100-Facher
> Verstärkung sind das 1mV.

Vergiß es.

> - Analoger Messverstärker zwischen den Shunt und das Oszi? Damit habe
> ich bislang gar keine Erfahrung gemacht.

Damit hat man eine Chance, z.B. mit einem Transimpedanzverstärker.

von wer (Gast)


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Marten K. schrieb:
> muss beide Kanäle des Oszis benutzen.

Warum?

von Marten K. (grashalm4)


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hinz schrieb:
> Man kann den Masseanschluss des normalen Tastkopfs bestimmt an das
> eine
> Ende des Shunts legen, vorzugsweise das näher an der Versorgung.
> Notfalls die Schaltung über Trenntrafo betreiben.

Meine Schaltung gibt mir zusätzliche Signale aus, an denen ein weiterer 
Eingang des Oszis hängt. Darauf Triggere ich dann.
Somit muss ich die Masseklemme des Oszis auf Masse der Schaltung legen 
oder?
(Damit sauber getriggert wird)
Ich könnte diese Masseleitung lösen (Triggersignal ohne Masseverbindung)
und einen Tastkopf verwenden..
ist das Sinnvoll?

von Falk B. (falk)


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Marten K. schrieb:
> Ich könnte diese Masseleitung lösen (Triggersignal ohne Masseverbindung)
> und einen Tastkopf verwenden..
> ist das Sinnvoll?

NEIN!

von Marten K. (grashalm4)


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Mein Signal ist sehr langsam,
Eigentlich interessieren mich nur die Gleichströme(bzw Mittelwerte) die 
in den verschiedenen Betriebsmodi meiner Schaltung auftreten. Diese 
Ändern sich nur alle 10ms (kann ich natürlich einstellen)

von Gerald K. (geku)


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Den Messwiderstand (SHUNT) so lang vergrößern bis ein brauchbarer 
Spannungsabfall entsteht. Dies ist die billigste Methode, kann nicht 
schaden.

So lange der Messwiderstand wesentlich größer als der Eingangswiderstand 
ist, kann die Beeinflussung vernachlässigt werden (Faktor 100?)

von Marten K. (grashalm4)


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Εrnst B. schrieb:
> INA138 o.Ä.? Oder wird dir das zu langsam & ungenau?

Der sieht auf den ersten Blick ganz gut aus.
Gibt es da fertige Module für den Anschluss ans Oszilloskop?

von Falk B. (falk)


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Marten K. schrieb:
> Mein Signal ist sehr langsam,
> Eigentlich interessieren mich nur die Gleichströme(bzw Mittelwerte) die
> in den verschiedenen Betriebsmodi meiner Schaltung auftreten. Diese
> Ändern sich nur alle 10ms (kann ich natürlich einstellen)

Das beantwortet aber nicht die wesentlichen Fragen. Versuch's noch 
einmal.

Beitrag "Re: messen kleiner Ströme (1uA)"

von Marten K. (grashalm4)


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Okay. Leider kenne ich den Eingangswiderstand der Schaltung nicht.
Dieser wird sich in den Verschiedenen Betriebsmodi ja auch ändern.
Im Sleep mode soll die Schaltung ca 1uA brauchen. Bei 3.3V bin ich da 
bei einigen MegOhm oder?
ist die Schaltung aktiv verbraucht sie ca 10mA, da wäre ich dann bei 
3.3V/10mA = 330 Ohm.

10Ohm als Shunt sind da schon relativ viel oder?
Ich bin mir auch nicht sicher ob diese Rechnung so sinnvoll ist .. (mit 
dem Eingangswiderstand)

von Falk B. (falk)


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Marten K. schrieb:
> Okay. Leider kenne ich den Eingangswiderstand der Schaltung nicht.

Was ist es denn für eine Schaltung?

> Dieser wird sich in den Verschiedenen Betriebsmodi ja auch ändern.
> Im Sleep mode soll die Schaltung ca 1uA brauchen. Bei 3.3V bin ich da
> bei einigen MegOhm oder?

Oh Mann! Dann redest du als NICHT von einem Signaleingang, sondern vom 
Versorgungsstrom!

> ist die Schaltung aktiv verbraucht sie ca 10mA, da wäre ich dann bei
> 3.3V/10mA = 330 Ohm.
>
> 10Ohm als Shunt sind da schon relativ viel oder?

U = I * R = 10mA * 10R = 100mV.

Damit kommen die meisten Schaltungen klar.

> Ich bin mir auch nicht sicher ob diese Rechnung so sinnvoll ist .. (mit
> dem Eingangswiderstand)

Nö, ist sie nicht. Eine Mikrocontrollerschaltung ist kein ohmscher 
Widerstand, eher eine arg variable Stromquelle.

Das Problem der Messung des Sleep Mode Stroms ist nicht neu, die Lösung 
ist je nach Aufwand sehr unterschiedlich. Eigentlich musst du nur die 
aktive Zeit und den Strom mit dem Oszi messen, denn der Strom im Sleep 
Mode ist ansatzweise konstant. Den kann man einmal mittels Multimeter 
messen, wenn man die Schaltung testweise dauerhaft in den Sleep Mode 
schickt. Fertig.

von hinz (Gast)


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Marten K. schrieb:

> Ich könnte diese Masseleitung lösen (Triggersignal ohne Masseverbindung)
> und einen Tastkopf verwenden..
> ist das Sinnvoll?

Nein, aber evtl geht Trigger über Optokoppler.

von Marten K. (grashalm4)


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Es Handelt sich um einen Lora Tranceiver von Semtech (Sx1261).
Ich möchte nun die Stromaufnahme des Chips in den Verschiendenen Modi 
messen.
Dazu habe ich mir mehrere Triggersignale erstellt.
So kann ich Die Ströme mit dem Oszi gut darstellen.
Das klappt auch ganz gut. Das Problem ist, dass im Sleepmode die 
Stromaufnahme sehr gering ist (Laut Datenblatt ca 1uA)

Wie würdest du es machen? Die Stromaufnahme im SleepMode getrennt 
messen? Ohne Oszi?

: Bearbeitet durch User
von Thomas W. (goaty)


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Am besten noch ein JouleScope kaufen !

von Marten K. (grashalm4)


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Falk B. schrieb:

> Oh Mann! Dann redest du als NICHT von einem Signaleingang, sondern vom
> Versorgungsstrom!

warum ist das wichtig? Der Strom verändert sich über die Zeit..

>> 10Ohm als Shunt sind da schon relativ viel oder?
>
> U = I * R = 10mA * 10R = 100mV.
>
> Damit kommen die meisten Schaltungen klar.
>

soll ich mit dem Widerstandswert weiter nach oben gehen?


> Das Problem der Messung des Sleep Mode Stroms ist nicht neu, die Lösung
> ist je nach Aufwand sehr unterschiedlich. Eigentlich musst du nur die
> aktive Zeit und den Strom mit dem Oszi messen, denn der Strom im Sleep
> Mode ist ansatzweise konstant. Den kann man einmal mittels Multimeter
> messen, wenn man die Schaltung testweise dauerhaft in den Sleep Mode
> schickt. Fertig.

werde ich ausprobieren.. Habe ich hier leider nicht das beste 
Multimeter.
habe im kleinsten Bereich 0.1uA Auflösung bei 1.5% Genauigkeit

von Hans W. (Firma: Dipl.-Ing. Johann Maximilian W) (hans-)


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Thomas W. schrieb:
> Am besten noch ein JouleScope kaufen !

Ein recht brauchbares Tool... auch, wenn die Pyton Oberfläche die 
üblichen Pythonprobleme hat (3.8 will nicht, weil Library xy ohne zu 
mäckern mit 3.8 einfach nicht geht)...

73

von Harald W. (wilhelms)


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Marten K. schrieb:

> Habe ich hier leider nicht das beste Multimeter.
> habe im kleinsten Bereich 0.1uA Auflösung bei 1.5% Genauigkeit

Nimm den 200mV-Bereich und schalte einen 10kOhm-Widerstand parallel.
Dann hast Du einen Stommessbereich mit 20µA Vollausschlag.

von Marten K. (grashalm4)


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das verstehe ich nicht .. ?
würdet ihr den Strom direkt mit dem MM messen oder die Spannung über den 
Shunt?

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Marten K. schrieb:

> das verstehe ich nicht .. ?

Du kennst das Ohmsche Gesetz?

von Thomas W. (goaty)


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Zur Isolation könnte auch ein amc1200 interessant sein.
https://www.ti.com/product/AMC1200

von hinz (Gast)


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Nochmal: Trigger über Optokoppler machen.

von DS2 (Gast)


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DS schrieb:
> Das einfachste wäre wohl, nicht im Pluszweig zu messen sondern im
> Minuspfad. Dann kannst du die Skalierung am Oszi gescheiter wählen.

von Mops (Gast)


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Wenn die Stromänderung "sehr langsam" (definition?) ist, wäre vielleicht 
ein gutes Tischmultimeter eine Lösung, entweder mitloggen via Software, 
die neueren haben heutzutage sogar schon eine Graphen-Anzeige die 
Oszi-artig zumindest bis einer Handvoll Hertz ganz gut funktioniert. Und 
das natürlich deutlich genauer.

von Olaf (Gast)


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> Eigentlich interessieren mich nur die Gleichströme(bzw Mittelwerte) die
> in den verschiedenen Betriebsmodi meiner Schaltung auftreten. Diese
> Ändern sich nur alle 10ms (kann ich natürlich einstellen)

MAX4080 oder aehnliches von anderen Herstellern ist dein Freund....

Olaf

von Andrew T. (marsufant)


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Marten K. schrieb:
> Somit muss ich die Masseklemme des Oszis auf Masse der Schaltung legen
> oder?

Hast Du schon mal daran gedacht, die Plusleitung als Bezugspunkt für
Strommessung und Deine übrigen Signale zu verwenden? Setzt voraus das Du 
keine sonsige Verkoppelung der Minusseite hast.

sofern die Signalzahl nicht allzugroß ist, könnte das Deine Messproblem 
ggfs. lösen. Die dadurch am Oszi  entstehende Signaldarstellung ist 
natürlich entsprechend invertiert.

Die übrigen Vorschläge (low side messung, INA Verstärker, irgendwelche 
anderen Verstärker, TK, etc.) wurden ja schon gemacht.

von Marek N. (bruderm)


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1 uA * 10 Ohm = 10 uV.
Die besten Scopes haben 500 uV/div. Die meisten eher 1 oder 2 mV/div.

von Ocki (Gast)


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Um was geht es dir eigentlich bei der ganzen Messerei?

Willst du abschätzen, ob eine Batterie oder Akku mit einer bestimmten 
Kapazität für xxx Wochen/Monate Betrieb ausreicht? Oder anders gefragt, 
was bringt es dir wenn du weißt, ob dein LoRa Transceiver im Sleep Mode 
1,2uA oder 1,7uA verbraucht?

von Jörg R. (solar77)


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Thomas W. schrieb:
> https://www.eevblog.com/projects/ucurrent/
>
> kann man leicht selbst bauen. Kostet nicht viel.
>
> https://www.eevblog.com/files/uCurrentRev5schematic.pdf

Kostet mehr als der uCurrent vom EEVBlog, hat aber bei Bedarf eine 
automatische Messbereichsumschaltung. Lässt sich auch an ein Oszi 
anschließen.

https://www.welectron.com/LowPowerLab-CurrentRanger-R3-Strom-Messverstaerker

von Thomas W. (goaty)


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Jörg R. schrieb:
> Kostet mehr als der uCurrent vom EEVBlog, hat aber bei Bedarf eine
> automatische Messbereichsumschaltung. Lässt sich auch an ein Oszi
> anschließen.
>
> https://www.welectron.com/LowPowerLab-CurrentRanger-R3-Strom-Messverstaerker

145€ ? Sportlich, und wie sehe ich im Oszillogramm daß er den Bereich 
ungeschaltet hat ?
Also für mich reicht die Kern-Schaltung von Dave mit dem 100x Verstärker 
und beim Bereich muß ich mich halt festlegen.

von michael_ (Gast)


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Marten K. schrieb:
> das verstehe ich nicht .. ?
> würdet ihr den Strom direkt mit dem MM messen oder die Spannung über den
> Shunt?

Dann mach das erst mal!
Wäre ja zu einfach.

Vorteil ist die Potentialfreiheit.
Und wenn der Hersteller einen Wert von 1µA angiebt, ist das ein sicherer 
Maximalwert.
Ich würde da praktisch von 0,1 - 0,2µA ausgehen.

von MaWin O. (mawin_original)


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Thomas W. schrieb:
> Also für mich reicht die Kern-Schaltung von Dave mit dem 100x Verstärker
> und beim Bereich muß ich mich halt festlegen.

Den µCurrent kann ich empfehlen. Ich besitze einen und er funktioniert 
wunderbar.

Einziger Nachteil ist, dass die drei Messbereiche nicht überlappen. Wenn 
man also im Grenzbereich messen muss, hat man die Wahl zwischen Pest und 
Cholera. Insbesondere, wenn der Strom die Messbereiche dynamisch 
überstreicht.

von Henrik V. (henrik_v)


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Marek N. schrieb:
> Die besten Scopes haben 500 uV/div. Die meisten eher 1 oder 2 mV/div.

Also mein 7A22 Einschub ist gut für 10µV/Div bis ca. 1MHz ....
Diff-Input +-10V Common mode...   den gibt's nur noch Second-Hand..

Ich würde mir ansonsten einen TIA mit etwa 10k-100k R_fb basteln ...

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