Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Simulation : Wieso hat V2 Kurzschluss ?

Ich würde dem Q1 einen Widerstand in Reihe zur Basis spendieren, ist ja 
schließlich kein MOSFET.
Ich gehe mal davon aus, daß U2 kein VEE am Ausgang schafft, d.h. Q1 wird 
auch nie sperren.

Klaus H. schrieb:
> Wieso meldet mir der Simulator bei V2 einen Kurzschluss.

Der ist durchgebrannt. Den musst du ersetzen. ;-)

-duck und weg-

Auf jeden Fall einen Basisvorwiderstand einsetzen.

Ich denke du verstehst die Fehlermeldung falsch.

Der Fehler sagt FG1:V2, das heißt V2 im Subcircuit des FG1 (deiner 
Signalquelle) und du hast den GND Ausgang und den (-)-Ausgang vom 
Signalgenerator beide auf Masse gelegt.

Der "Generator" ist nur Eyecandy/UI, im darunterliegenden Spice sind das 
zu 99.9% einfach 2 Spannungsquellen mit 180° Phasenverschiebung. SINE 
für Sinus und PULSE für Rechteck und Dreieck/Sägezahn.

Kurz, lass den (-) Ausgang vom XFG1 offen.

Weil die Fehlermeldung sich nicht auf deine DC-Qualle V2 sondern auf den 
Funktionsgenrator (X)FG1 bezieht, dessen negativen Ausgang (V2) du gegen 
Masse Kurzgeschlossen hast? Nur so eine Vermutung.

Danke fuer die Antworten, es hat geholfen.
Nun simuliert er :-)
Nur nicht das erwartete .....

Danke nochmal fuer die konstruktiven Antworten, hab ich nun alles 
beruecksichtigt

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Peter D. schrieb:
> daß U2 kein VEE am Ausgang schafft, d.h. Q1 wird auch nie sperren.
Sehe ich auch so. Der steinalte OP kann bei -15V Versorgung garantiert 
nur bis zu -12V ausgeben. Der Transistor braucht also nicht nur einen 
Basisvorwiderstand, sondern sogar einen Basisspannungsteiler.

Die Beschaltung des Tranistors ist .... merkwürdig.
Was soll denn der überhaupt bewirken?

Du invertierst noch mal die Rückkopplung. Das geht so nicht.

Nochmals, Danke fuer die Antworten.

Wie man vielleicht herauslesen kann, soll die Schaltung einen 
Strom/Spannungswandler mit besonders grossen Dynamikumpfang darstellen.

Das mit der negierten Rueckkopplung faellt mir jetzt auch auf.
Vielleicht hilft ein PBP anstelle eines NPN Transistors?

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Klaus H. schrieb:
> Nochmals, Danke fuer die Antworten.

> Das mit der negierten Rueckkopplung faellt mir jetzt auch auf.
> Vielleicht hilft ein PBP anstelle eines NPN Transistors?

Sicher nicht. Aber solange Du uns nicht sagst, wozu der überhaupt 
nützlich sein soll, kann Dir das keiner sagen. Denn um einen I/U-Wandler 
zu haben, brauchst Du den nicht.

Lothar M. schrieb:
> Der steinalte OP kann bei -15V Versorgung garantiert
> nur bis zu -12V ausgeben.

Da täuscht du dich - meint zumindest TI
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ua741.pdf

Den Transistor bekommt er bei der Schaltung allerdings trotzdem nicht 
zu.

Rainer W. schrieb:
> Da täuscht du dich - meint zumindest TI
> https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ua741.pdf
Genau daraus habe ich meinen Screenshot. Und dort werden bei +-15V 
Versorgung mindestens +-12V Output Swing garantiert.

Typisch sind es +-14V. Aber wer seine Schaltungen sicher auslegen 
will, geht eben von den garantierten Mindestwerten aus, aber nicht von 
typischen Werten oder gar den absoluten Maximalwerten.

Und wie bemerkt: auch mit einer typischen Ausgangsspannung von -14V 
bleibt immer noch 1V zum Einschalten des Transistors.

Hallo

Wie schon geschrieben. Es soll ein Strom/Spannungswandler mit grossem 
Dynamikbereich werden.
0 bis ca 200mA am Eingang.

Den OpAmp habe ich den genommen der gerade da war.
Wird spaeter noch durch einen Rail to Rail Type ausgetauscht.

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Das Ergebniss sieht so aus:
(Bild1)

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Klaus H. schrieb:
> Es soll ein Strom/Spannungswandler mit grossem Dynamikbereich werden.
1. dir ist bekannt, dass das ein Widerstand prinzipiell auch kann? 
Bekannt z.B. als "Shunt".
2. du speist keinen Strom sondern eine Spanung in deine Schaltung ein.

> 0 bis ca 200mA am Eingang.
Das ist kein "Dynamikbereich", sondern ein Messbereich. Denn eine 
Dynamik gibt ein Verhältnis an, in deinem Fall wäre das Verhältnis aber 
200mA/0mA = "unendlich".  Wenn du also von 20µA bis 200mA messen willst, 
dann brauchst du eine Dynamik von 200mA/20µA = 10000 = 80dB.

> Das Ergebniss sieht so aus: (Bild1)
Und wie sollte es aussehen?

Danke fuer deine Antwort

Lothar M. schrieb:
> Klaus H. schrieb:
>> Es soll ein Strom/Spannungswandler mit grossem Dynamikbereich werden.
> 1. dir ist bekannt, dass das ein Widerstand prinzipiell auch kann?
> Bekannt z.B. als "Shunt".

Ich will ja gerade keinen Shunt, ich will 0 Ohm Eingangswiderstand fuer 
den Strommessbereich.

> 2. du speist keinen Strom sondern eine Spanung in deine Schaltung ein.
>
>> 0 bis ca 200mA am Eingang.
> Das ist kein "Dynamikbereich", sondern ein Messbereich. Denn eine
> Dynamik gibt ein Verhältnis an, in deinem Fall wäre das Verhältnis aber
> 200mA/0mA = "unendlich".  Wenn du also von 20µA bis 200mA messen willst,
> dann brauchst du eine Dynamik von 200mA/20µA = 10000 = 80dB.

Da hast du Recht, auf einem der Bilder kannst du vielleicht erkennen das 
es ein Picoamperemeter werden soll, also 100pA-200mA.

>
>> Das Ergebniss sieht so aus: (Bild1)
> Und wie sollte es aussehen?

Der Signalgenerator am Eingang mit 100 Ohm Widerstand sollen eigentlich 
eine einstellbare Stromquelle sein.

Deswegen sieht das Diagramm fuer den negativen Strom schon ziehmlich 
genau so aus wie ich mir das vorgestellt habe.

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Klaus H. schrieb:
> ziehmlich
Ziemlich wird nur mit 1 h geschrieben. Und war dem am Wortende.

> auf einem der Bilder kannst du vielleicht erkennen
Nein, kann man nicht. Und wenn schon: soll das hier ein 
Wimmelbildkinderbuch sein, wo man Informationen aus Screenshots 
heraussuchen muss?

> das es ein Picoamperemeter werden soll, also 100pA-200mA.
200 dB? Ohne Bereichsumschaltung? Vergiss es, das wird nie was (und zwar 
wirklich im Sinne von never ever, nicht im Leben, auch nicht mit 100 
Mannjahren Erfahrung).

Lothar M. schrieb:

>> das es ein Picoamperemeter werden soll, also 100pA-200mA.
> 200 dB? Ohne Bereichsumschaltung? Vergiss es, das wird nie was (und zwar
> wirklich im Sinne von never ever, nicht im Leben, auch nicht mit 100
> Mannjahren Erfahrung).

Der Weg ist das Ziel. Ueber eine Bereichsumschaltung hab ich auch schon 
nachgedacht. Leider erfuellt es dann aber nicht die Anforderung nach 
einem hohen Dynamikbereich.
Bei mir sind allerdings der Unterschied in dB zwischen einem Strom von 
100 pA und 200 mA ungefähr -126,02 dB.

Das Problem ist sicherlich die Weiterverarbeitung. Ein 24 bit AD-Wandler 
koennte es schaffen.
Der Dynamikbereich eines 24-Bit-Wandlers betraegt ungefähr 144,48 dB.

No way ?

Danke fuer deine Insperation.

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Klaus H. schrieb:
> Das Problem ist sicherlich die Weiterverarbeitung. Ein 24 bit AD-Wandler
> koennte es schaffen.

Ein ADC von 24 Bit reicht alleine aber nicht aus. Das ganze Umfeld muss 
dann auch stimmen damit die letzten 12 Bit nicht im Rauschen untergehen. 
Dann auch noch Temperaturkompensation usw.

Ich glaube du solltest erst einmal etwas anderes basteln wenn du schon 
eine Kenntnis von einem Basisvorwiderstand hast.

Zum Thema Pico Amperemeter schau mal da rein :

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/raspberry-pi/2802161.htm

;-)

Obelix X. schrieb:

> Ich glaube du solltest erst einmal etwas anderes basteln wenn du schon
> eine Kenntnis von einem Basisvorwiderstand hast.
>
> Zum Thema Pico Amperemeter schau mal da rein :
>
> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/raspberry-pi/2802161.htm
>
> ;-)

Auch dir Danke fuer deine Einwaende.

Und wie misst man damit die Microcotroller Stromaufnahme im "Deep Sleep" 
?
(mit einem Shunt wird das nix)

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Guten Abend,

wenn man einen großen Bereich ohne Umschaltung messen will/muss, nimmt 
man logarithmische Verstärker.

Hier wird Ihnen geholfen: ;-)

https://www.analog.com/en/parametricsearch/10772#/

https://www.ti.com/amplifier-circuit/special-function/logarithmic/products.html

Aber nicht denken, das ist einfach! Wobei bis 10pA herunter, ist es mit 
Sorgfalt und Erfahrung und guter Leiterplattenreinigung halbwegs gut 
beherrschbar.

Ein stark unterschätztes Problem sind die Messwiderstände, die man 
braucht, um seinen Aufbau (die Serie?) abzugleichen.
Um 10 pA einzuspeisen, benötigt man genaue 100 Gigaohm (und recht genaue 
1 V). Es gehen auch 10 GOhm und 0,1V....  10mV kann man schon 
vergessen... der Offsetspannungseinfluss wird zu groß.
Die Widerstände gibt es bei srt Resistors... in Mindestbestellmengen. 
Naja man braucht auch einige zum Ausmessen des präzißen 
Messwiderstandes. Also ist das mit der Mindestmage nicht so schlimm, nur 
die Dame dort am Telefon, ist nett gesagt, keine Fachkraft und es ist 
nicht immer alles verfügbar.
Ausmessen ist eigentlich nur mit (aktuell käuflichen) Keysight 
Electrometer möglich. Das kostet mit Akkubetrieb (und der ist sehr 
empfehlenswert!) um die 13500 € netto.
Achja und man muss sich eine Hochohmmessbox bauen... in der freien Luft 
geht gar nichts.
Da schlagen die Sucoboxen von Huber und Suhner, in die man die 
Messwiderstände einbauen muss, fast nicht mehr ins preisliche Gewicht:
https://de.farnell.com/huber-suhner/f66-cb-50-0-1-e/adapter-bnc-stecker-bnc-buchse/dp/4162950?ost=sucobox

Und dann diese Suco-Box-Widerstände direkt auf den Eingang aufstecken 
und später zur Messung ein absolutes MUSS "Low-Noise-Kabel" benutzen!!!

Ist alles zusammen nicht trivial und kann insgesamt mit Beschaffung und 
Aufbauzeiten 1 Jahr dauern. Wer will von Dir, dass du sowas baust - oder 
ist das eine "Eigenüberlegung" die noch nicht lange genug überlegt 
wurde, weil die Schwierigkeiten unbekannt waren?


Einen schönen nachdenklichen Abend!

Lothar schrieb:
> Wobei bis 10pA herunter, ist es mit Sorgfalt und Erfahrung und guter
> Leiterplattenreinigung halbwegs gut beherrschbar.
Aber eben mehr Erfahrung als ein einzelner Mensch in seinem Leben 
aufbauen kann. Es ist ja nicht so, dass bei einem Messgerätehersteller 
jeder ganz von vorn anfängt und jeden denkbaren Fehler selber machen 
muss, sondern er hat schon hunderte Mannjahre Erfahrung in der Firma.

> Ist alles zusammen nicht trivial und kann insgesamt mit Beschaffung und
> Aufbauzeiten 1 Jahr dauern.
Bei oben genanntem Hintergrund.

Klaus H. schrieb:
> Bei mir sind allerdings der Unterschied in dB zwischen einem Strom von
> 100 pA und 200 mA ungefähr -126,02 dB.
Ich rechne nochmal nach und korrigiere mich: 200mA/100pA = 2.000.000.000 
= 186dB.

> Ein 24 bit AD-Wandler koennte es schaffen.
So mancher ist froh, wenn er aus dem eingeplanten 20-Bit-Wandler dann 
tatsächlich 16 ziemlich stabile und unverrauschte Bits herausbekommt.

> ungefähr -126,02 dB. ...  ungefähr 144,48 dB.
Bitte nicht "ungefähr" schreiben und dann zwei Nachkommastellen angeben. 
Das sind Nebelkerzen.
Und selbst wenn du da tatsächlich 24 Bit aufgelöst und fehlerfrei 
gewandelt bekämst, fehlten immer noch 7 Bits bis zur nötigen Auflösung 
von echten 31 Bits.

> No way ?
Schon allein weil du deinen ersten Aufbau mit eigenartig umständlicher, 
per Definition nicht funktionsfähiger Schaltungstechnik machst und du 
dir dein Simulationsergebnis nicht erklären kannst, ist es sicher, dass 
du es allein, ohne die laufende Mithilfe von erfahrenen Kollegen, sicher 
nicht hinbekommen wirst.

Oder andersrum: vergiss dein hehres Ziel und fang einfach mal 
klitzeklein an. Du wirst dann schon sehen, wie weit du kommst.

Ein Tipp: lies mal den 
Beitrag "Re: Messgerät für Verbrauchsoptimierung batteriebetriebener Geräte"

Danke fuer alle inspirierenden Antworten.
Ihr habt ja so recht.

Ich habe schon vor 30 Jahren femto Ampere gemessen.
Und da habe ich feststellen muessen das ich jede Handbewegung mit 
gemessen habe :-).
Die hochhohm Widerstaende muessen auch sehr hochwertig gereinigt werden.

Meine dB Messung muss ich nochmal hinterfragen, mach ich spaeter.

Das schoene bei meiner Schaltung ist das ich bei der AD-Wandlung sehr 
gut den "Bereich" umschalten kann, bei dem eigentlichen I/U Wandler 
leider nicht.

Fuer Vergleichsmessungen habe ich leider nur das Keithley µa Meter.
Das 6400 waehre aber noch bezahlbar.

Fuer den log. I/U Wandler habe ich auch schon eine preiswerte Idee, 
danke fuer den Tipp.

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( Ist nur meine persoehnliche Meinung und nicht wirklich wichtig )

Ultrapräzisionsmessung mit einem 741?
Sehr trollig.

Vor 30 Jahren hätte ich gesagt schau mal nach einem OPA-111 oder etwas 
ähnlichem. Inzwischen gibt es da wohl zahlos besser geeignete OPs.
T1 erhöht so zusätzlich die Spannungsverstärkung, die Schaltung hat 
dadurch zumindest die Tendenz instabil zu werden.
Wenn, dann nimmt man eher einen Emitterfolger, wie das in vielen 
Netzteilen so gelöst ist.

Das das Ganze so nicht mal annähernd funktionieren wird hat Lothar ja 
schon dargelegt.

Klaus H. schrieb:
> Und wie misst man damit die Microcotroller Stromaufnahme im "Deep Sleep"

Der Ansatz ist schon falsch.
Es gab hier schon diverse Threads mit dem Vorschlag das über die Messung 
der Entladung eines Kondensators zu machen.
Ist m.Mn. nach der vielversprechendere Weg.

Moin,

Klaus H. schrieb:

> .....
> Bei mir sind allerdings der Unterschied in dB zwischen einem Strom von
> 100 pA und 200 mA ungefähr -126,02 dB.
>
> Das Problem ist sicherlich die Weiterverarbeitung. Ein 24 bit AD-Wandler
> koennte es schaffen.

Wenn du die Absolute Genauigkeit nicht brauchst, also nur eine relative 
von sagen wir 1%, dann könnte man den großen Messbereich mit einem 
nichtlinearen Shunt machen. In etwa so wie im Anhang. U1, U2 und U3 
werden vom DA-Wandler gemessen. Differenzen bilden und je nach Spannung 
diesen oder jenen Wert verwenden. Genauer: Die Spannungsdifferenz 
verwenden (und mit ihrem Shunt multiplizierten), welche am größten ist 
aber dennoch deutlich unter einer Grenze liegt, bei der der Strom durch 
die parallele Diode noch vernachlässigbar ist. Ist so was wie ein 
Logarithmierer für Arme:-)

Gruß, Roland

Guten Abend,
Hallo Lothar M.

Ja, hundert Mannjahre sind richtig - dazu gehört es aber das man erst 
mal in so eine Firma reinkommt, wo solche Leute sitzen, mit denen man 
kann, die einen das alles auch erzählen (Da gibt es auch 
Geheimniskrämer, die die einzigen Schlauen bleiben wollen und alle 
anderen sollen unwissend und abhängig bleiben.) und das man selbst 
gewillt ist, zuzuhören und zu lernen. Gerade am letzten hapert es oft, 
ist so meine Erfahrung, zuviel Selbstüberschätzung einfach und alle 
alten sind sowieso doof und deren Wissen überholt und wertlos.
Manchmal denke ich, in den asiatischen Traditionen ist die Achtung vor 
den Alten, eine ganz gute kluge Sache.
Aber ich gebe zu, als ich jung war, habe ich auch anders gedacht...

Ja und jede Handbewegung messen, kenne ich auch...
Oder wenn ein Kollege zwei Meter weiter weg aufsteht und Kaffe holt,
kann man gleich mit Messen aufhören.
Nicht bewegen und wirklich nicht in die Schaltung rein atmen, sind gute 
Tips. Zumindest bei 10pA. Bei 1nA ist alles schon wieder viel 
entspannter.
Und noch zwei Tipps für  Beginner, die ich bisher nicht erwäht hatte:
- Guardring
- Luftverkabelung des Eingangs

Wer 100 pA mit 1% messen will, dem hauen 1 pA die Beine weg.
Und da sind wir unter anderen schon mal beim Thema: (Bias-)Eingangsstrom 
des OPV.

Ein 741 hat typ. 80nA. 80exp-9 A

Also 800 (achthundert) mal mehr als gemessen werden soll!

Nun gut, zur ganz groben Simu muss man nicht gleich den endgültigen IC 
einsetzen.... aber wie man sieht, ein bipolarer OPV geht garnicht. Ein 
Fet-Eingang muss her. Mit möglichst max. 250 fA Biasstrom. Die Ströme 
driften ja und verdoppeln sich je nach Quelle alle 10-20 Grad.
Und so weiter......


Ach ja Dynamik:

100 pA  = 100 exp-12 = 1 exp -10

100 mA = 100 exp-3 = 1 exp -1

macht eine Differenz im Exponenten von 9.
Je Exponent 20 db, also 180 dB. Jetzt kommen nochmal 6dB drauf für die 
200mA statt 100.

Macht 180 + 6 = 186 dB

(Sagt mein Casio auch. 20 x log (0,1/1exp-11) )

Schön das wir uns einig sind.


Ist das Picoamperemeter jetzt was für eine Firma oder eine 
Abschlussarbeit oder soll es ein Hobbymessgerät werden?

Wenn das was für eine Firma ist, stellt Dir da jemand absichtlich ein 
Bein, mit einer (für Dich) unlösbaren Aufgabe, an der Du nur Scheitern 
kannst?
Hast Du jemanden mit zu großen Worten dazu provoziert und der will Dich 
jetzt mal richtig auflaufen lassen?

Hallo

Danke fuer den "Logarithmierer für Arme".
Danke auch fuer die Anteilnahme.

Ich fuehle mich auf dem richtigen Weg.
Eine 5% Genauigkeit ist bei Versorgungsstrommessung voellig hinreichend.

In dem (schlechten) Bild kann man sehen mit welchen Bauteilen wir damals 
kleine Stroeme gemessen haben.
Eingesetzt haben wir einen OPA120 und OP37.
Die gesamte schaltung war fuer fA spezifiziert.
Ich hatte in der ursprungssimulation deswegen einen 741 genommen weil 
der als einziger in der Simulation schnell verfuegbar war.
Er wird ersetzt durch einen moderneren Type.

Die Kondensator Loesung schliesse ich aus, der Messling sollte waehrend 
der ganzen Messung funktionieren.

100 pA entspricht 100×10 hoch−12 A und 200 mA entspricht 200×10hoch−3 A.
Eingesetzt in die Formel:
Strom (in dB)=20×log 10 (100×10hoch −12 200×10hoch−3)
Strom (in dB)=20×log 10 ( 200×10 hoch−3 100×10 hoch−12 )
Strom (in dB)=20×log 10 (0.0000001 0.2)
Strom (in dB)=20×log 10 ( 0.2 0.0000001 )
Strom (in dB)=20×log 10 (5×10 −7 )
Strom (in dB)=20×(−6.301)
Strom (in dB)=−126 dB
Daher beträgt der Unterschied in dB zwischen einem Strom von 100 pA und 
200 mA ungefähr -126 dB.
Was ist an meiner Berechnung falsch ?

Hat jemand einen Vorschlag fuer den OP ?


73
( Ist nur meine persoehnliche Meinung und nicht wirklich wichtig )

Was ist das für eine Rechnung???

Strom (in dB)=20×log 10 (100×10hoch −12 200×10hoch−3)

Strom (in dB)=20×log 10 ( 200×10 hoch−3 100×10 hoch−12 )

Strom (in dB)=20×log 10 (0.0000001 0.2)

Strom (in dB)=20×log 10 ( 0.2 0.0000001 )

Strom (in dB)=20×log 10 (5×10 −7 )

Strom (in dB)=20×(−6.301)

Strom (in dB)=−126 dB

Wo hast Du die Rechnung denn her????


Die erste Zeile stimmt ja (halbwegs) - wenn ich die seltsame 10 hinter 
dem log ignoriere und mir denke, Du willst damit sagen, zur Basis 10.

Tipp mal die richtige Formel in einen Taschenrechner ein

20 x log (0,2/1exp-11)  = ...

Das ist das Ergebnis. Und nicht noch irgendwelche seltsamen Zeilen 
dazu...



OPA 121 - 1 fA typischer Biasstrom - geht ja einigermaßen.

Ja - welchere OPV könnte passen... nutze die Parametersuche bei TI und 
ADI.
Und dann gib mal deine Ergebnisse hier zum Besten.
Wir wollen Dich ja nicht ganz arbeitslos machen.
Als kleiner Anreiz, es gibt Einige die passen könnten.

Lothar schrieb:
> OPA 121 - 1 fA typischer Biasstrom - geht ja einigermaßen.

Hmmm, im Datenblatt von TI steht 1pA typisch.
Im fA Bereich kenne ich den AD549 und den uralten ICH8500A.

Ja, 1pA ist richtig, habe mich verschrieben.

Und was hat die Parametersuche ergeben?
Es gibt einige unter 1pA.