Dieses
wäre die einfachste Form: Ein spannungsgesteuerte Stromquelle(?) aus
einem Operationsverstärker, einem Transistor und einem Widerstand. Wird
am Eingang eine bestimmte Spannung (z. B. zwischen 0 V und 5 V)
angelegt, so wird wegen der Bedingung U+ - U- = 0 der Ausgang des OPs
und damit der Transistor so aufgesteuert, dass ein Strom fließt, der am
Widerstand dieselbe Spannung abfallen lässt wie sie am Eingang anliegt.
Damit kann man den Strom durch die Diode steuern. Stromquelle? Im Englischen ist man etwas genauer und bezeichnet diese Schaltung als "Current Sink". Denn Sie nimmt eigentlich einen definierten Strom auf und gibt ihn nicht ab, wie es einer Quelle eigentümlich ist. Es gibt Leute, die übersetzen "Sink", was eigentlich für Abfluss oder Ausguss steht, mit Senke. Aber eine Senke ist in der Landschaft etwas tiefliegendes ohne Abfluss, in dem Wasser stehen bleibt und nicht abfließt. Also ist Stromsenke keine gute Übersetzung. Man kann sich nur damit helfen, dass diese Schaltung eine "negative" Quelle darstellt, bei der zu allem Überfluss das Vorzeichen des Stroms auch noch positiv ist, weil etwas in den Bilanzraum Quelle hineinfließt. Hmmmm? Das Problem bei dieser Schaltung ist aber, dass die Eingangsspannung als positive Spannung gegenüber Masse angereicht wird und damit auch nur eine positive Spannung gegenüber Masse gemessen werden kann. Das wird durch die gemeinsame Masse erzwungen. Die Diode sitzt also am "falschen" Platz und entzieht sich einer direkten Messung der über der Diode abfallenden Spannung. Es muss also etwas aufwändiger werden. |
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Dieser
jetzt schon dimensionierte Schaltungsentwurf war dann die erste Basis:
Durch R1 fließen maximal etwas über 1 mA, die in R2 den selben Spannungsabfall gegenüber Bezugsplus +12 V erzeugen. Diese Spannung wird dann zur Steuerung der aus V2/T2/R3 bestehenden Konstantstromquelle (das ist jetzt wirklich eine "Current Source") benutzt. Da über einer Ge-Diode kleinere Spannungen stehen bleiben, wird die Spannung ca. 9-fach verstärkt und dann an einen analogen Eingang des K8055 zurückgegeben. Verwunderlich war nur, dass bei einem Aufbau der Schaltung mit einem LM 324 bei 0 V am Eingang der Ausgang auf ca 2,5 V anstieg, obwohl über die Diode sicher kein Strom fließen sollte! Warum? Der Grund liegt in der Auslegung des Eingangs des LM 324: Ein pnp-Darlington Eingang lässt Strom aus dem Eingang herausfließen. Dieser sehr geringe Strom im nA-Bereich trifft auf eine sehr hochohmige Diode und flugs haben wir einen Spannungsabfall von einigen mV, der dann noch 9-fach verstärkt am Ausgang wieder ankommt. Mit einem LM 324 alleine geht es also nicht! |
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Hier nun die endgültige Schaltung: Am Eingang hat sich nichts verändert, bis auf den jetzt eingesetzten halben V1 LM 358. Für V2/V3 wurde ein extrem hochohmiger TS 912 IN ausgewählt. Denn nicht nur über der Diode soll kein Fremdstrom stören, auch an den stromsteuernden Widerständen R3 und R3a kann es zu Störungen kommen. Die Auswahl erfolgte nach der Verfügbarkeit eines hochohmigen OPVs mit Eingangsspannung bis 0 V bei meinem Händler. Die Schalter S1 und S2 sind Reed-Relais, die über die digitalen Ausgänge der Karte gesteuert werden. S1 offen und die Eingangsspannung auf Stufe 1 steuert den Strom durch die Diode auf I = (5 V/ 255) / 820k) = 23.9 nA. Das ist das Inkrement im niedrigen Strombereich, der bei 255 * 23,9 nA = 6,1 µA ended. Schließen von S1 erhöht den Start und das Inkrement auf 4,2 µA und den Endstrom auf 1,07 mA. S2 schaltet 120k parallel zu dem 82k Widerstand und reduziert die Verstärkung des Ausgangsverstärkers. Dieses ist bei Si-Dioden erforderlich, wenn die Ausgangsspannung 5 V überschreitet. Die Auswahl der Transistoren ist eher zufällig. Theoretisch sollten die C-Typen mit der höchsten Stromverstärkung die Messungen am wenigsten verfälschen. Es sind alle Kleinleistungstransistoren geeignet. |
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