Physikalische Messtechnik - Institut für Physik

Damit ergibt sich für den Messwiderstand RM:
RM ≪ Ri
Um die Bedingung bestmöglich zu gewährleisten, kann eine aktive Stromsenke eingesetzt werden,
ein so genannter Transimpedanzverstärker. Dabei wird ein Operationsverstärker eingesetzt.
Diese Schaltung besitzt einen nahezu verschwindenden Eingangswiderstand. Der Transimpedanzverstärker
besteht im Wesentlichen aus einem Operationsverstärker und einem Gegenkopplungswiderstand.
I
-
+
Beschreibung der Funktion:
Ein Transimpedanzverstärker setzt einen an seinem Eingang eingespeisten Strom in eine Spannung
um, dabei wird der Einspeisepunkt durch die aktive Verstärkung auf dem gleichen elektrischen Potential
gehalten wie die Masse, die an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
(OP) angeschlossen ist (weitere Informationen zu Operationsverstärkern und deren Grundschaltungen
sind im Anhang A zu finden).
• Der Eingangswiderstand des idealen OPs ist unendlich es fließt kein Strom in den Eingang
(bei hochohmigen Präzisions-OPs liegt der Eingangsstrom im Bereich von 10 −15 A)
• Erhöht sich die Eingangsspannung am (-)-Eingang gegenüber der Masse etwas, wird der
Ausgang des OPs negativer.
• Dadurch fließt ein größerer Strom durch den Widerstand R am OP vorbei.
• Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem das Potential am -Eingang gleich der Masse ist
Somit ergibt sich die Ausgangsspannung des Transimpedanzverstärkers zu:
R
V = −IR.
Diese Spannung kann mit einem Voltmeter ausgewertet werden.
3.3. Ladungsmessung
Ladungen sind sehr schwer zu messen, da wie immer beim Messprozess Energie auf das Messsystem
übertragen werden muss. Die dabei auftretende, typischen Energien, die hierbei pro Elementarladung
transferiert werden, sind:
Ee = 1, 6 × 10 −19 · 0, 1V = 1, 6 × 10 −20 J (3.1)
Die nachfolgende Schaltung verdeutlicht das Messprinzip:
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V