Messung eines kleinen Stromes

[Oscon (Gast)]

Hallo,

ich möchte für ein Experiment an der FH Ströme im Bereich 20 pA messen 
(dies ist Teil der Aufgabe).

Da das mit Shunt und allem ja nicht geht, möchte ich folgendes 
versuchen:

der zu messende Strom lädt einen Kondensator auf, sagen wir 10 nF. 
Müsste wohl ein Folienkondensator sein, Keramik ist mir für diese 
Anwendung suspekt :-)

So, und durch Messen der Spannung über dem Kondensator kann man jetzt 
die Spannung berechnen. Natürlich kann der Kondensator periodisch 
mittels eines kleinen MOSFET entladen werden, damit man quasi DC messen 
kann.

Was haltet ihr bis jetzt von dieser Vorgehensweise?

Darf ich davon ausgehen, dass bei einem JFET Input OpAmp der Input 
Current bei kleinen Spannungen auch kleiner wird? Ich habe hier nämlich 
mal mit SPICE eine Simulation gemacht, und hier erkenne ich, dass bei 
ca. 600 mV immer noch nur 2 pA in den OpAmp rein fliessen. Also 10% 
Messfehler wäre ja das, grob geschätzt. Kann das stimmen?

Da ich jetzt zu Hause bin, kann ich zwar einen Laboraufbau machen, aber 
messen kann ich nichts, weil ich kein pA-Meter im Bastelkeller habe :-) 
Daher muss ich mich bis zum Wochenanfang mit SPICE begnügen.

[Henrik V. (henrik_v)]

Keithley hat da ein paar nette Appnotes zum Messen kleiner Ströme.

Dein Problem sind Leckströme... TI hat nen OP der mit typisch 3fA 
Biasstrom angegeben ist. Damit einen TIA bauen ?

Ansonsten:

HV Glimmer- oder Luftkondensatoren mechanisch geschaltet ?
Dein FET-Schalter hat schnell Leckströme in equivalenten 
Größenordnungen.
Schalter tranportieren Dir auch immer ein paar parasitäre pC ....

[Harald W. (wilhelms)]

Oscon schrieb:

> ich möchte für ein Experiment an der FH Ströme im Bereich 20 pA messen

Da würde ich ein passendes Picoamperemeter nehmen.
Gruss
Harald

[Bond (Gast)]

Baue mit einem sehr guten Op-Amp (z.B. Zero-Drift), der
auch noch einen sehr geringen Bias-Strom hat, einen I-U-
Wandler auf. Und Gut ist.
Habe bereits Anfang 1980 mit dem, wenn ich es noch richtig
weiß, Intersil 7550, war der erste Zero-Drift-OP, Ströme
im pA-Bereich gemessen. Funktioniert einwandfrei, war aber
auf Teflon Leiterplaten aufgebaut.
Bei diesen kleinen Strömen wird es eklig mit Verschmutzung
und Feuchte, hohe Luftfeuchte kann schon Ärger machen,

[Na Sowas (Gast)]

Aeh, ja. Epoxy hat Feuchtigkeit drin, dh die Messung wird abhaengig von 
derLuftfeuchtigkeit und der Temperatur

[Oscon (Gast)]

Harald,

nun, wie du vllt. gelesen hast, gehört der Bau des Picoamperemeters zur 
Aufgabenstellung.

Für den Aufbau stehen passende Leiterplatten zur Verfügung, das sollte 
also auch passen. Das einzige, was mir Kopfzerbrechen bereitet, ist die 
Kompensation des Biasstromes. Wenn ich irgendwie messen könnte, wie viel 
in den OpAmp hinein fliesst (oder heraus), dann könnte ich mit einer 
kleinen Stromquelle diesen Strom liefern (bzw. abfliessen lassen), und 
so die Messung mit dem Kondensator nicht verfälschen.

Ist denn nun der Biasstrom bei einer festen Temperatur ungefähr 
konstant, oder hängt er von der Eingangsspannung ab?

[Harald W. (wilhelms)]

Oscon schrieb:

> Ist denn nun der Biasstrom bei einer festen Temperatur ungefähr
> konstant, oder hängt er von der Eingangsspannung ab?

Im pA-Bereich gilt der schöne Satz "Alle Konstanten sind variabel".
Du solltest also auf jeden Fall ein pA-Meter zur Kontrolle haben.
Übrigens sind die ja recht einfachen ICL71xx-ICs am Eingang recht
hochohmig. Mit einem 100MOhm-Shunt müssten die auch pA messen können.
(Vollausschlag 2000pA) Das wäre vielleicht ein Ansatz für Vorversuche.
Die beiden Eingangspins würde ich dann hochbiegen und den Shunt in
der Luft verdrahten.
Gruss
Harald

[alesi (Gast)]

Oscon schrieb:
> der zu messende Strom lädt einen Kondensator auf, sagen wir 10 nF.
> Müsste wohl ein Folienkondensator sein, Keramik ist mir für diese
> Anwendung suspekt :-)
>
> So, und durch Messen der Spannung über dem Kondensator kann man jetzt
> die Spannung berechnen. Natürlich kann der Kondensator periodisch
> mittels eines kleinen MOSFET entladen werden, damit man quasi DC messen
> kann.
>
> Was haltet ihr bis jetzt von dieser Vorgehensweise?

Hallo,

zur Info: so etwas gibt es auch als IC, z.B. der ivc102 von TI
ist ein "Precision Switched Integrator Transimpedance Amplifier".
Falls diskret aufgebaut werden soll, liefert das Datenblatt
evtl. trotzdem einige Tipps.

  http://www.ti.com/lit/gpn/ivc102

[Michael L. (Gast)]

Hallo,

20pA ist sehr klein. Etliche Anregungen wirst Du hier bekommen:
http://www.keithley.com/knowledgecenter/knowledgecenter_pdf/LowLevMsHandbk_1.pdf

In dem Bereich könnte Dich langsam auch das Thema "Guard Traces" 
interessieren. Neben eine Leiterbahn/Leitung bringst Du eine zweite 
Leitung, die aktiv(!) auf gleichem Potential gehalten wird wie die 
eigentliche strömführende Leitung. Das verhindert Leckströme.

> So, und durch Messen der Spannung über dem Kondensator kann man jetzt
> die Spannung berechnen. Natürlich kann der Kondensator periodisch
> mittels eines kleinen MOSFET entladen werden, damit man quasi DC messen
> kann.
Ich vermute eher per Relais, wegen der Leckströme beim FET. Kleine 
Spannungen kannst Du auch mit Zero-Drift Amplifiern messen.

Viele Grüße
Michael