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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie misst man pA und fA Ströme?


Autor: Joerg Miehle (Firma: TU Wien) (pinning)
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Wie misst man eigentlich Ströme im Bereich pA und fA mit einer hohen 
Genauigkeit?
Wie muss man sich so eine Messschaltung vorstellen ? Auf was muss man 
acht geben (Layout etc)?
Ich frage mich wie AD oder Burr Brown etc. Ströme (z.b. OP 
Eingangsströme) in dieser Dimension misst die man so in den 
Datenblättern findet?

Autor: Ole H. (tragichero)
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google mal nach einer HP/Agilent 4156 Parameter Analyser... das Ding 
geht in den fA-Bereich... kostete aber auch die Kleinigkeit von 
50kEuronen

Autor: johnny.m (Gast)
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Oder schau mal bei Keithley nach, das ist so der Standard-Hersteller für 
Gerätschaften zur Messung kleinster Ströme und Spannungen.

Autor: Henrik J. (henrikj)
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Alternativ kannst du auch einfach den Shunt größer machen. Macht man im 
Messgerät auch so.

Autor: Kunz von Kaufungen (Gast)
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> ...Alternativ kannst du auch einfach den Shunt größer machen.
                               ^^^^^^^


Bei < pA geht garnichts einfach!

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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So schwer ist das ganze nicht:
Man nehme einen Opamp mit jFET Eingang und seeeeehr niedrigem 
Eingangsstrom, schließe einen Widerstand von 1M zwischen Ausgang und 
invertierendem Eingang an und lege den nichtinvertierenden Eingang an 
GND. Zwischen GND und invertierendem Eingang schließt man die 
Stromquelle an.
Am Ausgang erhält man nur 1V pro uA.
Vergrößert man den Widerstand (bis zu einigen GOhm), kann man auf diese 
Art auch Ströme im pA Bereich messen.
Allerdings sollte die Schaltung dann nichtmehr auf einer Platine 
aufgebaut werden, um Kriechströme zu vermeiden.

Autor: johnny.m (Gast)
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Das Problem bei so kleinen Strömen ist, dass da die Shunts im 
Gigaohm-Bereich liegen müssen, um noch messbare Spannungen 
rauszukriegen. Und wenn man den Shunt so groß macht, aber mit einem 
Messgerät mit einem Innenwiderstand misst, der kleiner (i.d.R. 
wesentlich kleiner, einige Megaohm bei handelsüblichen Verfahren) als 
der Shunt ist, kommt nix mehr raus. Das Hauptproblem ist also i.d.R., 
die Spannungsmessung so hochohmig durchzuführen wie nur möglich (also 
quasi mit einem "unendlich" großen Messwiderstand). Und das machen sog. 
Elektrometer. Und die sind sch...teuer...

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Ich frage mich wie AD oder Burr Brown etc. Ströme (z.b. OP
>Eingangsströme) in dieser Dimension misst die man so in den
>Datenblättern findet?

Eigentlich ganz einfach:

Ein Widerstand (z.B. 10MOhm oder größer) wird in Reihe zum Eingang 
geschaltet.

Es entsteht ein Spannungsabfall über diesen Widerstand und die Spannung 
am Eingang des Probanten bricht zusammen.

Der Eingangswiderstand kann somit leicht errechnet werden.


oder

Eine definierte Kapazität wird parallel zum Eingang geschaltet. Über die 
Zeit und Spannung kann der Eingangs-Widerstand errechnet werden

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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pA und fA misst man ueber Transimpedanzverstaerker 
(Strom-Spannungswandler), aber nicht mit einem Shunt.
Je hochohmiger der Rueckkoppelwiderstand wird, um so rauschaermer die 
Messung. Im pA und erst recht im fA Bereich sind auch die Leckstroeme 
auf der Platine zu beachten. "Heisse" Punkte, also Eingang und virtuelle 
Masse das Strom-Spannungswandler werden dann auf Teflosstuetzpunkte 
gesetzt. Guard Ringe helfen auch weiter.

Warm darf das ganze auch nicht werden, denn die Leckstroeme der 
Halbleiter steigen mit der Temperatur schnell an.

Von Tektronix gibt es auch einen "Primer" dazu:
"Low Level Measurement Handbook"

Autor: alfsch (Gast)
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+ mosfet in haben , jfet reicht da nicht mehr...

Autor: johnny.m (Gast)
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Tippfehler: In meinem obigen Posting muss es in der zweiten Zeile 
anstatt "...Gigaohm-Bereich liegen müssen..." natürlich heißen 
"...Gigaohm-Bereich liegen müssten..."...

Autor: rene (Gast)
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Transimpedanz .. Fet .. ja. Man muss einen OPAmp haben, der einen 
Biascurrent hat der in derselben Groessenordnung, resp besser kleiner 
ist. Zb, die National Semiconductors LMC 661, LMC 6001A, LMC6482, und 
so. Dann sollte die Spannung ueber dem Messwiderstand fuer eine direkte 
Messung etwas groesser als dessen Offsetspannung sein. Mann kann auch 
Spannungen messen, die viel kleiner als die Offsetspannung ist, 
allerdings dann als AC Messung, indem man moduliert und eine AC 
Verstaerkung von 1000 oder so der Gleichrichtung vorschaltet. Mit der AC 
Messung wird man auch allfaellige Thermospannungen los. GigaOhm 
Messwiderstaende sind Unsinn. Wenn die Luftfeuchtigkeit schwankt aendert 
deren Widerstand. Klar, die involvierten Loetpunkte sind alle in der 
Luft.

rene

Autor: Joerg Miehle (Firma: TU Wien) (pinning)
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Allein das Messgerät ist doch schaltungstechnisch ein grosser Aufwand. 
Das Prinzip ist einfach (Transimpedanzwandler) aber der Rest hats in 
sich.
Jetzt schliesse ich zwei Messkabel an und was nun?
Allein durch das Bewegen der Kabel kann ich doch schon Ströme von 
sicherlich einigen pA erzeugen!

Autor: Max Murks (Gast)
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Bei Strömen in fA-Bereich wird nicht der Strom, sondern die Ladung (pC) 
gemessen. Für ein Ladungsverstärker (besser Ladung --> Spannungs 
Wandler) gibt es spezielle Schaltungen.
Nachteil: Es können nur dynamische Prozesse gemessen werden.

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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Liebe Freunde des Elektrons,

Ihr wißt schon, daß 1fA ca. 6000 Stck. Elektronen/s sind !!?? Vielleicht 
mal in nem Experimentalphysikforum fragen?

Cheers
Detlef

Autor: Pöhli (Gast)
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genauso wie die Messung von Präzisionsmessung von Photoströmen ohne 
Vorspannung?

Also geschalteter Integrator oder Transimpedanzverstärker. Gibts 
diverse ICs von BB... ILirgendwas, ACF2101, DDC112. ( ausm Kopf, so oder 
so ähnlich)

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