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Strom-Einheitenumrechner

Wandelt elektrischen Strom zwischen Ampere, Milliampere, Mikroampere, Nanoampere und Pikoampere um.

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Formel

1A=103mA=106muA=109nA=1012pA1 A = 10³ mA = 10⁶ mu A = 10⁹ nA = 10¹² pA

Wie es funktioniert

Dieser Rechner rechnet zwischen Ampere, Milliampere, Mikroampere, Nanoampere und Pikoampere für Elektronikingenieure, Embedded-Entwickler und Entwickler von Energiesystemen um. Laut SI-Broschüre (BIPM, Neudefinition 2019) wird das Ampere definiert, indem die Elementarladung e = 1,602176634 × 10^-19 C exakt festgelegt wird, was 1 A = 1 C/s = 6,241509074 × 10^18 Elektronen pro Sekunde ergibt. Die Strombereiche umfassen 15 Größenordnungen: Pikoampere für Fotodioden-Dunkelstrom (1—100 pA), Nanoampere für CMOS-Leckagen (1—10 nA pro Gate bei 7 nm), Mikroampere für Schlafmodus-MCUs (0,5-10 uA), Milliampere für LEDs (5-20 mA) und Ampere für Motorantriebe (1-100 A). Berechnung der Akkulaufzeit: Eine 1000-mAh-Batterie mit 10 uA Schlafstrom hält theoretisch 100.000 Stunden = 11,4 Jahre.

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Ein IoT-Sensor muss 5 Jahre mit einer 2000-mAh-Li-SOCI2-Batterie betrieben werden. Berechnen Sie das maximale durchschnittliche Strombudget einschließlich 10-Sekunden-Messblitzen bei 15 mA pro Stunde.

Lösung:

  1. Gesamtkapazität: 2000 mAh = 2 Ah
  2. Ziellebensdauer: 5 Jahre = 43.800 Stunden
  3. Maximaler Durchschnittsstrom: 2000 mAh/ 43.800 h = 45,7 uA
  4. Burst-Verbrauch pro Stunde: 15 mA × (10/3600) h = 0,0417 mAh
  5. Burststrom im Durchschnitt: 0,0417 mAh/1 h = 41,7 uA
  6. Schlafbudget: 45,7 — 41,7 = 4,0 uA maximaler Schlafstrom
  7. Komponentenauswahl: MCU < 1 uA, Regler Iq < 1 uA, RTC < 0,5 uA, Sensoren < 1 uA — insgesamt 3,5 uA (innerhalb des Budgets)

Praktische Tipps

  • ✓Formel für die Akkulaufzeit: Stunden = Kapazität_mAh/Durchschnittsstrom_mA. Für den gemischten Modus: i_AVG = (I_active × t_active + i_Sleep × t_sleep)/(t_active + t_sleep). Gemäß JEDEC muss die Selbstentladung separat gemeldet werden (0,5-3% /Monat für Li-Ion)
  • ✓LED-Strom gemäß IPC-2221: Standardanzeige 10-20 mA bei 2,0 V (rot) bis 3,3 V (blau/weiß). Hocheffiziente LEDs erreichen die gleiche Helligkeit bei 2-5 mA. Leistung = I × v_F, also 20 mA × 2 V = 40 mW pro LED
  • ✓MCU-GPIO-Grenzwerte pro JEDEC: typischerweise 8-25 mA pro Pin, 100-200 mA Gesamtpaket. Das Überschreiten der Grenzwerte führt zu einem Spannungsabfall (verringerter logischer Spielraum) oder zu dauerhaften Schäden. Verwenden Sie externe Treiber für hohe Strombelastungen

Häufige Fehler

  • ✗Man verwechselt mA (10^-3 A) mit uA (10^-6 A) - sie unterscheiden sich um das 1000fache. Ein Gerät, das 10 uA verbraucht, hat einen 1000x geringeren Stromverbrauch als ein Gerät, das 10 mA verbraucht. Überprüfen Sie die Einheiten im Datenblatt sorgfältig
  • ✗Ignoriert man den Einschaltstrom, der im Dauerzustand das 5- bis 10-fache betragen kann, kann ein 100-mA-Motor beim Start 500 mA verbrauchen und eine 200-mA-Suche auslösen. Verwenden Sie langsam durchblasende Sicherungen oder Sanftanlaufschaltungen
  • ✗Die Messung von Strömen im Na-Bereich mit Standard-DMM — Eingangsbürdenspannung (200 mV typisch) geteilt durch den DUT-Widerstand führt zu Messfehlern. Verwenden Sie ein Pikoamperemeter oder eine Quellenmesseinheit (SMU) für Messungen unter 1 uA

Häufig gestellte Fragen

Gemäß den Datenblättern des Herstellers: STM32 = 20 mA/Pin (max. 120 mA insgesamt), ESP32 = 12-mA/Pin-Quelle, 28-mA-Senke (max. 200 mA insgesamt), AVR = 20 mA/Pin (max. 200 mA insgesamt). Überprüfen Sie immer sowohl die Stromgrenzwerte pro Pin als auch die Gesamtstrombegrenzung. Die IOL- und IOH-Spezifikationen definieren die tatsächliche Leistungsfähigkeit.
Für 1 uA — 1 mA: DMM im uA-Bereich verwenden (Bürdenspannung ~200 mV). Für < 1 uA: Pikoamperemeter oder Transimpedanzverstärker (TIA) verwenden. Methode des Shunt-Widerstands: V = I × R, also 1 uA bis 1 Mohm = 1 V (leicht zu messen). Die Keysight B2902A SMU misst bis zu 100 fA bei einer Auflösung von 10 aA.
Der Ruhestrom (Iq) ist der Strom, den ein IC ohne Last verbraucht, was für interne Vorspannung und Betriebsaufwand steht. Gemäß den Datenblättern: LDO-Regler 1 uA — 1 mA, DC-DC-Wandler 5 uA — 500 uA, Operationsverstärker 0,5 uA — 10 mA. LDOs mit extrem geringem Stromverbrauch (TPS7A02) erreichen 25 nA Iq für IoT-Batterieanwendungen.
Dunkelstrom entsteht gemäß der Shockley-Diodengleichung aus thermisch erzeugten Elektron-Loch-Paaren im Verarmungsbereich. Typische Werte bei 25 °C: Silizium-PIN 0,1-10 nA, InGaAs 1-100 nA, Avalanche-Photodioden 0,1-1 nA. Der Dunkelstrom verdoppelt sich je nach Arrhenius-Beziehung alle 8 — 10 °C, wodurch das SNR bei schlechten Lichtverhältnissen begrenzt wird.

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