Lindedriver für Messung mit Oszi?

[Daniel (Gast)]

Liebe Experten,

ich habe ein kleines messtechnisches Problem. Ich beschäftige mich mit 
Impedanzmessungen an Säugetierzellen, dazu verwende ich einen 
Messaufbau, der wohl einem Spannungsteiler entspricht (siehe Schema). 
Der Widerstand R1 beträgt 1 MOhm (vorgegeben, darf nicht geändert 
werden, da die Zellen bei Strömen >1µA verbrutzeln) den Widerstand R2 
und die Kapazität C1 stellen die Zellen selbst dar, typische Werte sind 
im Schema angegeben.
Das Oszilloskop nimmt sowohl Erregersignal, als auch das Signal am 
Spannungsteiler auf. Aus der Amplitude und der Phasenverschiebung lassen 
sich R2 und C1 berechnen.
Das Problem an der Sache ist, dass ich die Messleitungen, die zu meinem 
Oszilloskop führen nicht kurz halten kann, um die Kabelkapazitäten klein 
zu halten. Das führt dazu, dass ich bei 4 kHz tolle Messergebnisse 
bekomme, bei 40 kHz aber nur noch Murks herauskommt (die Frequenzen sind 
vorgegeben). Als Chemiker habe ich  Null-Ahnung von Messtechnik, deshalb 
meine Frage:
Kann ich mit einem Operationsverstärker mit hohem Eingangswiderstand und 
geringem Ausgangswiderstand (50 Ohm) bei Verstärkungsfaktor 1 mein 
Signal verbessern?
Bislang ist das Problem, dass erstens das Signal bei 40 kHz aufgrund der 
Kabelkapazität einbricht (Kabelkapazität)? Und zweitens tritt auch noch 
eine (zusätzliche) Phasenverschiebung des Signals auf (Tiefpass aus 
Kabelkapazität und Oszieingangswiderstand ?).
Falls das klappen kann, wäre jemand so freundlich mir einen robusten 
Opamp mit hohem Bandbreiten-Verstärkungsprodukt zu empfehlen? Oder wird 
das so eh nichts?

Vielen Dank für jede Antwort

Daniel

[Daniel R. (nihil31)]

Oh als Gast kann man wohl keine Dateien anhängen. Hier nochmal ein 
Versuch

[Wolfgang Horn (Gast)]

Hi, Daniel,

suche nach "aktiver Tastkopf". Dein Lösungsgedanke ist zweckmäßig.
Für den Selbstbau gibt's OpAmps in herrlich kleinen Gehäusen.

ciao
Wolfgang Horn

[Daniel R. (nihil31)]

Vielen Dank für die schnelle Antwort,

ist es prinzipiell vielleicht auch möglich die Dämpfung und die 
Phasenverschiebung herauszurechnen? Ich habe versucht das Messssystem 
mit verschiedenen Kombinationen aus Widerständen und Kondensatoren (C 
0,3- 50 nF und R2 300 Ohm bis 22 kOhm) zu kalibrieren, aber es ist mir 
nicht gelungen mit den auftretenden zusätzlichen Phasenverschiebungen 
zurechtzukommen. Die Impedanz aus R2 und C1 lässt sich jedoch recht gut 
vorhersagen (Siehe Schema 2, gemessene Impedanz gegen tatsächliches Z 
aufgetragen).

[Falk B. (falk)]

@ Daniel Riechers (nihil31)

>ist es prinzipiell vielleicht auch möglich die Dämpfung und die
>Phasenverschiebung herauszurechnen?

Sicher. Aber erstmal solltest du uns sagen, in welchem Freqeunzbereich 
du welche Phasenverschiebung messen willst?

Wenn bei 40 kHz Schluss sein soll kan man das vernachlässigen, gängige 
OPVs haben dort praktisch kaum Phasenverschiebung. Ein LM358 gibt an 
jeder Ecke und der sollte hier locker reichen. Wenn 45nA Eingangsstrom 
zuviel sind muss man halt einen FET-Typen nehmen. Die Signalquelle kann 
man ja direkt mit dem Tastkopf messen.

MFG
Falk

[Daniel R. (nihil31)]

Hallo nochmals,

mein C-Messbereich liegt zwischen 300 pF und 50 nF, R-Messbereich 
zwischen 300 Ohm und 30 kohm. Messung bei zwei diskreten Frequenzen 4kHz 
und 40 kHz (bis 1 MHz wäre schön,aber nicht unbedingt nötig). Die 
Phasenverschiebung tritt einmal durch das Verhältnis R/Xc auf und eben 
zusätzlich durch das Kabel (300 pF laut LCR-Meter, und falls die Frage 
kommen sollte: leider kann ich das LCR-Meter nicht für mein Messsystem 
einsetzen)zum Oszi (Cleverscope 328A, mit 1 MOhm Eingangswiderstand und 
20 pF) auf.

Gruss

Daniel

[Kupfer Michi (Gast)]

Die 50nA Bias des LM358 sind bei dem 1M Vorwiderstand halt schon 5% 
Fehler,
nimm besser gleich einen FET z.B. TL071/072/074.

Einfach als Unity Gain Buffer und danach mit dem Oszi abgreifen.
Wenn du noch verstärken willst, sollte mit dem TL07x 10 Fache 
Verstärkung bei 40KHz drinn sein. Eventuell vorher einen vorhandenen 
Offset durch einen Hochpass wegnehmen.

Wenn du auch bei 1MHz misst, nimm z.B. einen OPA353, der sollte auch 
1MHz bei Av=+10 schaffen.

Um Fehler durch deinen Messaufbau möglichst zu eliminieren würde ich 
einen art Messbrücke bauen:
Dein Generatorsignal in einem zweiten identisch aufgebauten Zweig (also 
1M -> Elektroden -> 10K als Referenzwid.) ebenfalls mit einem OpAmp 
Verstärken.
Damit hast dur ein Referenzsignal für deine Amplituden & Phasenmessung 
das schon mal die meisten systematischen Fehler kompensiert.

Die OpAmp Buffer kommen natürlich direkt hinter deine Messwertaufnehmer.

[Daniel Riechers (Gast)]

Danke für Deine Antwort Kupfer Michi,
in den Datenblättern findet man leider nie die Angaben zur 
Phasenverschiebung unter closed-loop-Bedingungen, aber würde selbige bei 
10-facher Verstärkung und 1MHz den OPA353 nicht überfordern (44MHz GBW)? 
Die Idee mit der Messbrücke ist gut, aber leider nicht realisierbar. 
Hochpässe kann ich ohne exakt gleiche Referenzstrecke auch nicht 
einsetzen, da daraus ebenfalls Phasenverschiebungen resultieren (?).
Wie ist das eigentlich wenn man einen Opamp an nem 300pF-Kabel betreibt? 
Schwingen die Dinger dann nicht ?
Gruss

Daniel

[Kupfer Michi (Gast)]

>Wie ist das eigentlich wenn man einen Opamp an nem 300pF-Kabel betreibt?

OP AMPS DRIVING CAPACITIVE LOADS
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/31-2/appleng.html

>Messbrücke ist gut, aber leider nicht realisierbar

Warum eigentlich? Das würde dir viele Probleme erledigen.

Wenn du keinen Vergleichkanal hast must du aber sehr sauber arbeiten.
Bereits ein 1pF Streukap. an deinen 1Meg bringt einen merklichen 
Amplituden und Phasenfehler, rechne mal nach oder simulier ganz einfach!

>1MHz den OPA353 nicht überfordern (44MHz GBW)?

Wenn dein Op es in einem Verstärkungsschritt es nicht schafft, mehere 
hintereinander. Nach einem FET Buffer kannstz du ja dann normale Video 
OpAmps nehmen, z.B MAX4012/4016/4108

[Daniel Riechers (Gast)]

Die Messbrücke hätte meiner Meinung nach keinen Vorteil. Es gibt nach 
meinem Verständnis keine 2 Opamps mit den selben Eigenschaften auch wenn 
sie im gleichen Gehäuse sitzen. Und leider gibt es auch schon gar keine 
2 Elektroden/Elektrolyten mit den gleichen (und zeitlich konstanten) 
Eigenschaften. D.h. ich müsste in jedem Fall eine Kalibration vornehmen, 
ob mit oder ohne Referenzstrecke. ich werde einen (vier, da es ein 
8-Kanal-System wird) OPA2350 nehmen und ihn, sowie den 1 Mohm 
Vorwiderstand möglichst nah an die Elektrode setzen.

Ich danke allen Diskutanten

[Matthias W. (matt007)]

Daniel Riechers schrieb:
> Cleverscope 328A, mit 1 MOhm Eingangswiderstand

wie zufrieden bist Du denn mit diesem Cleverscope?
Taugt da die Software was?

Matthias

[Daniel Riechers (Gast)]

Ist ganz gut das Oszi, habe nur die Labview-Treiber verwendet.
Mit der Software habe ich kaum gearbeitet. Habe das Teil aber schon seit 
2 Jahren nicht verwendet.

Gruß

Daniel

[Matthias W. (matt007)]

Danke für den Hinweis Daniel.
Schade wenn es derzeit rumsteht.
Würdest Du es Dir wieder kaufen?
Das Ding ist ja doch leider recht teuer.

Matthias