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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik sehr gute Konstantstromquelle


Autor: Anselm (Gast)
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Hallo Leute,

ich bin auf der Suche nach einer solchen Quelle für eine Messbrücke.
Wegen dem ADC habe ich eine 2ppm Referenzspanungsquelle.
Also wäre eine spannungsgesteuerte Stromquelle dass beste ;)

Hat jemand vielleicht einen Schaltungsvorschlag für mich?

Gruß Anselm

Autor: Wurstler (Gast)
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- Wieviel Strom?
- Source oder Sink?
- Arbeitsspannungsbereich?
- Ausgangsimpedanz?
- In welchem Sinne also "gut"?

Autor: Pata (Gast)
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Autor: Anselm (Gast)
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Source, 1mA
möglichst hohe Konstanz
Last sind ~2kOhm
Ub 5Volt

Autor: vielleicht so (Gast)
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Wo ist das Problem mit der spannungsgesteuerten Stromquelle, dh einem 
Fet plus OpAmp? Eine 2ppm Spannungsreferenz zusammen mit einem 
Praezisionswiderstand ist doch ein guter Anfang. Moeglicherweise 
interessante Parameter neben der Praezision koennte auch noch die 
Bandbreite, der minimale Spannunsabfall, der Leckstrom sein.

Autor: Anselm (Gast)
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2k Ohm erzeugen 2V Spannungsabfall, heisst da ist der Spannungsabfall 
nicht so wichtig.
Ich kenne aus meiner Schulzeit nur die Schaltungen mit Zehnerdiode und 
Transistor...

Im Sommer hatte ich zufällig eine Schaltung mit 2 OP´s gefunden, jedoch 
verschlampt den Link zu speichern :(
Nun find ich die Schaltung nichtmehr.

Es geht mir darum in einer Messbrücke für PT100 Sensoren den Strom so 
ruhig wie möglich zu halten.
Da Ub 5V vom Board kommen, möchte ich möglichst wenig Beeinflussung 
durch eventuell auftretende Änderungen haben.

Gruß Anselm

Autor: Michael (Gast)
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Öhm...wenn du weißt, dass dein "Lastwiderstand" für die 
Konstantstromquelle 2kOhm ist und du ein mA fließen lassen willst...nun, 
dann sollte doch auch die Konstantstromquelle mit Transistor und 
Zenerdiode gehen. Ich bin erst heute Abend daheim aber spätestens dann 
kann ich dir mal einen Kurve dazu Posten, wie sich der Strom verhält bei 
Schwankung der Betriebsspannung.

Was verstehst du uner einer "möglichst hohen Konstants"? Ein Bereich 
wäre gut. Für den einen ist es eine hohe Konstants, wenn der Strom im 
Bereich von ± 10% um den Arbeitspunkt schwankt, für den anderen ist es 
erst eine hohe Konstants, wenn der Strom im Bereich von ±0.01 % um den 
Arbeitsbereich schwankt. Das solltest du genau definieren, und nicht so 
schwammig wie oben.

Autor: risu (Gast)
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Hi,
z.B. LM334, extern zur Temperaturkompensation mit 2 Widerständen und 
einer Diode beschaltet: siehe rechts unten auf S.7 im Datenblatt 
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId... .
Versorgung mit 5V könnte allerdings etwas knapp werden...

Gruß
 risu

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Wenn es dir darum geht eine PT100 Temperaturmessschaltung zu bauen hier 
findest du die benoetigten Information. Incl. Stromquelle.

Beitrag "Temperaturmessschaltung möglichst genau?"

Gruss Helmi

Autor: willi (Gast)
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konstantstromquelle nach howland
bzw.
howland current pump

Autor: Arc Net (arc)
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> Es geht mir darum in einer Messbrücke für PT100 Sensoren den Strom so
> ruhig wie möglich zu halten.
> Da Ub 5V vom Board kommen, möchte ich möglichst wenig Beeinflussung
> durch eventuell auftretende Änderungen haben.

Die Stromquelle muss dafür weder genau noch sehr konstant sein (außer 
der ADC braucht Ewigkeiten für eine Wandlung).
Stichwort: Ratiometrische Messung.
Beitrag "Re: Sehr hoch auflösender PT100 Messverstärker"

Autor: Michael (Gast)
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So, wie gesagt hab ich mal eine Kurve gemacht zu folgender Schaltung.

http://i37.tinypic.com/or5ttl.jpg

http://i34.tinypic.com/1z1bp13.jpg

Bauteile hab ich Pi mal Daumen ausgewählt. Transistor ist ein BC337, die 
Diode 1N4004. Bei einer Eingangsspannung von 4.5 V bis 5.5 V schwankt 
der Strom von ca. 1.05 mA bis 1.08 mA. Sowas müsste doch für einen PT100 
reichen, oder?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Noe deine Stromquelle schwankt bei Temperaturaenderungen mehr als dein 
PT100. Da kannst du denn PT100 weglassen und nur deine Stromquelle 
nehmen.

Die Spannung an deinem Emitterwiderstand schwankt mit 2mV/K.

Nehmen wir mal die Umgebungstemperatur deiner Stromquelle  steigt um 1 
Kelvin dann sinkt die Spannung am 700 Ohm Widerstand um 2mV.
Also aendert sich der Strom von 1000uA nach 971uA.

Das ergibt eine Spannungsaenderung am PT100 von 3mV

Aendert sich der PT100 bei 1 Kelvin von 100Ohm nach 100.385 Ohm bei 
einem Strom von 1mA ergibt das bei 100 Ohm = 100mV und bei 100.385 Ohm 
100.385mV

Also aendert sich deine Messspannung aufgrund der Stromquelle mehr als 
10 mal so Stark wie auf Grund der PT100 aenderung.


Gruss Helmi

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Alle OPV sind Zero-Offset von Ti, Widerstände Metallfim 1%.
Da die Schaltung mit einem PT100-Sim eingestellt wird, sind Offsetfehler 
der OP oder Referenzspannungsquelle egal.
hintendran kommt ein weiterer OP um die doch recht kleine Änderung in 
der Brücke anzuheben.

Meiner Meinung nach ist nur ein Fehler der Konstantstromquelle fatal.
Die müsste ich mal berechnen.

Gruß Anselm

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Bild vergessen

Autor: Thilo M. (Gast)
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Hier ein PT100 - Umformer, der bei mir in achtfacher Ausfertigung sehr 
stabil läuft. Konstantspannungsquelle bei mir: 5V.

Du kannst mit dem Strom ruhig bis 2.5mA hochgehen, wenn nicht gerade 
stehende Luft gemessen wird. Ansonsten spielt die Eigenerwärmung keine 
Rolle.

Autor: Thilo M. (Gast)
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Ach ja, wenn's temperaturstabil sein soll, keine Kohleschichtwiderstände 
benutzen (nur Metallfilm), Potis möglichst vermeiden, und wenn, dann 
Drahtwendel.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Hallo Thilo,

ich hab mir deinen Schaltplan angeschaut, aber mir ist einiges unklar 
geblieben. Kannst die Funktion der rot markierten Teile erklären?

mfg Esko

Autor: Thilo M. (Gast)
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Die markierten Dioden sind Schutzdioden gegen Überspannung (bei 
industrieller Anwendung nötig). Die Widerstände sind die Bezugspunkte 
zum jeweiligen Bezugsotential.
Der C3 gegen Masse stellt eine Dämfung des Signals dar.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Thilo M. wrote:
> Die markierten Dioden sind Schutzdioden gegen Überspannung (bei
> industrieller Anwendung nötig).
Sowas dachte ich mir bereits.
Aber wäre D3 nicht besser andersrum eingebaut.
Und D5 + R22 sind gegen Überspannung aus der Richtung des 
Steckverbinders SV1?
D4 ist mir auch nicht klar. Der erste OP sird trotzdem von -15V bis +15V 
ausgeben können.

> Die Widerstände sind die Bezugspunkte zum jeweiligen Bezugsotential.
Ist mir immer noch nicht klar. Soll bei abgetrenntem PT100 der Opamp auf 
15V gehen?

> Der C3 gegen Masse stellt eine Dämfung des Signals dar.
Aber es wird nur das untere Signal gedämpft, somit werden 
Gleichtaktstörungen, die man mit dem Vierleiter-Anschluss aufhebt 
hiermit erst wieder eingebracht.

Autor: Wurstler (Gast)
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Wieso benötigt man eigentlich eine Stromquelle? Es reicht doch völlig, 
wenn ich den Sensor über einen bekannten Vorwiderstand an eine bekannte 
Spannung hänge. Der Rest läßt sich doch berechnen?

Autor: Michael (Gast)
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>Noe deine Stromquelle schwankt bei Temperaturaenderungen mehr als dein
>PT100. Da kannst du denn PT100 weglassen und nur deine Stromquelle
>nehmen.[...]

Das ist sicherlich richtig, hab ich nicht genau überprüft. Aber zum 
einem sollte man natürlich Dioden und Transistor thermisch koppeln 
(verringert schonmal den Effekt der Temperaturdrift) und zum anderen 
kommt es auch drauf an was man mit dem PT100 misst. Wenn ich heute Abend 
daheim bin lass ich mal die Temperatur auf 50 Grad ansteigen für die 
Dioden und den Transitor. Ich hab das Gestern abend schon mal Testweise 
ausprobiert und die Temperatur um 100 Grad ansteigen lassen und gesehen, 
dass der Strom sich von ca. 1 mA auf, ich glaub, 0.8 mA ändert, habs 
aber abgetan da ich mir sagte, dass die Schaltung bestimmt keine so hohe 
Temperatur sieht sondern eher nur RT mitbekommt.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Aber zum einem sollte man natürlich Dioden und Transistor thermisch >koppeln 
(verringert schonmal den Effekt der Temperaturdrift)

Bei 2 Dioden in reihe und einer Basis-Emitterstrecke gibts es keine 
Temperaturkompensation. Das sich eine Diode und die BE-Strecke aufheben 
habe ich schon bei meiner Rechnung beruecksichtigt.

Gruss Helmi

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo,
der Tip von Risu mit dem LM334 ist schon in Ordnung.
Der Abgleich lohnt sich. Ich habe selbst einige LM334 so abgeglichen das 
sich der Strom von ca. 10° bis 50° bei 300uA nicht änderte. Man sollte 
allerdings für die Widerstände und die Diode SMD-Typen nehmen und direkt 
auf das TO92 Gehäuse kleben. Das ganze Gebilde sollte noch mit einem 
Schrumpfschlauch versehehen werden. So ist der termische Kontakt und die 
Kapselung optimal.

Gruss Klaus.

Autor: Michael (Gast)
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Stimmt Helmut, die Temperaturkompensation war ja nur mit einer Diode. 
However, habs nochmal bei 50 Grad simuliert und der Strom schwankt dann 
von 1.007 mA bis 1.03 mA. Ich denke mal, so pauschal kann man zwar mit 2 
mV/K rechnen aber es kommt halt auch auf die verwendeten Bauelemente an 
und da gibts auch "bessere".

>Wieso benötigt man eigentlich eine Stromquelle? Es reicht doch völlig,
>wenn ich den Sensor über einen bekannten Vorwiderstand an eine bekannte
>Spannung hänge. Der Rest läßt sich doch berechnen?

Das geht natürlich auch und da spricht ebenfalls nichts dagegen. Der 
Vorteil der Konstantstromquelle ist halt der, dass man direkt die 
Spannung über den PT100 messen kann und ihn direkt in Bezug zur 
Temperaturänderung setzen kann da sich ja der Strom nicht ändert.

U = f(dI, dR)

Da sich Strom ändert sich ja nicht womit dI = 0 ist und die Spannung 
über dem PT

U = f(dR)

Und dR ist lediglich die bekannte Funktion des Widerstandes über der 
Temperatur.

Wenn man nun aber nicht den Strom sondern die Spannung konstant setzt in 
Verbindung mit einem Vorwiderstand wird es ein wenig schwierig. Grund 
hierfür ist, dass man üblicher Weise ja immer eine Spannung misst. Man 
misst also die Spannung über den Vorwiderstand um den Strom zu bestimmen 
und misst die Spannung über den PT. Dann kann man den Widerstand des PTs 
bestimmen und letzendlich die Temperatur hat jedoch zweimal statt einmal 
messen müssen (und hat damit eine Fehlerquelle mehr eingebaut).

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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@Michael

Warum legst du den PT100 nicht in die Rückkopplungsschleife von einen OP 
dann bleibt der Strom konstant. So habe ich es auch gemacht.

Gruss Helmi

Autor: Wurstler (Gast)
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@Michael

Ich kann Dir folgen :-)

Wenn allerdings die Referenzspannung, die den Vorwiderstand speisst und 
der Vorwiderstand selber bekannt sind, habe ich mit einer Messung die 
Spannung am PT100 und kann weiterhin den Strom durch den Widerstand 
errechnen. Insofern ist es wirklich nur ein wenig mehr Rechnerei für die 
MCU... möglicherweise ergeben sich noch Nachteile (oder Vorteile) durch 
die notwenige Vierpunktmessung, da sollte man nochmal darüber 
nachdenken.

Autor: Michael (Gast)
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>Warum legst du den PT100 nicht in die Rückkopplungsschleife von einen OP
>dann bleibt der Strom konstant. So habe ich es auch gemacht.

Das kommt ja dann auch wieder auf die Beschaltung des OPs an. Und einen 
PT100 kann man ja auf verschiedene Weisen versorgen, ich hab nur eine 
sehr einfache (dafür nicht sehr genaue) genannt.

@Wurstler

Sicher, wenn du nur die Spannung über dem Widerstand hast und das ganze 
mit nem Taschenrechner ausrechnen willst passt eine Messung und das ist 
dann genauso aufwendig wie mit einer Konstantstromquelle. Meist sitzt an 
einem PT100 aber kein Mensch mit Taschenrechner sondern eine Elektronik 
und die nutzt zum Rechnen eben Spannungen. Ihr reicht es eher weniger, 
lediglich die Spannung über dem Referenzwiderstand oder dem PT100 zu 
kennen. Die braucht meist doch ein wenig mehr ;)

Autor: Stefan P. (form)
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Was haltet ihr von dieser Spannungsgesteuerten Konstantstromquelle?
Wenn man für R2, R4 und R5 selektierte Widerstände mit identischen 
Werten benutzt, ist die ganze Geschichte äusserst Temperaturstabil.

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Laut meinem Sim ist sie stabiler als mein Schaltungsvorschlag ;)
Zumindest was I=f(RL) betrifft
Nun muss ich noch herausfinden wie ich mit dem Sim die Tk simuliere.

http://qucs.sourceforge.net/docs.html

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Habs geschafft ;)

Hier mal der Graph den der Sim rausgespuckt hat...


Gruß Anselm

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Hier mal mit Messbrücke und 25ppm Widerständen. (Schaltplan und 
SimDaten)

Autor: Michael (Gast)
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@Anselm 68

Was für einen Simulator hast du verwendet? Ist das QUCS?

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Jupp, gestern gezogen, und heute Dank Urlaub mal versucht reinzuarbeiten 
;))
Ich hab zwar noch einige Unklarheiten, aber es geht ;))

Gruß Anselm

Autor: Yob (Gast)
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In deiner Simulation gehts du von einer idealen Spannungsquelle (1V) aus 
! Simuliere doch bitte mal nur die Schwankung der Spannungsquelle 1% und 
dann nochmal mit Tempdrifft ohne 1%. Falls nicht zu aufwendig beides ^^.
Ebenso müsste man den OPV noch näher spezifizieren, da dieser auch ideal 
ist ;). Ich weis aber im Moment nicht ob es dafür schon ein fertiges 
Model gibt. Ich würde hier einen "OP07" vorschlagen.
Ich denke auch das diese Einflüsse sich mehr auf deine 
Konstantstromquelle aus wirken als der Tempdrifft auf die Widerstände 
allein.

In Allen ein guter Ansatz mit der Simulation.


Einen schönen Abend wünsch ich.

Yob

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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die 1V sind eine 2ppm Referenzquelle, der OP den ich verwenden will ein 
Zero-Offset mit 0,irgendwas Drift.
Aber nachdem ich die Konstantstromquelle auf 1ppm gedrückt habe und ich 
nun 2h versuche den Rest der Schaltung zu verbessern, ist es doch 
deutlich einfacher den Drift rechnerisch zu korrigieren ^^
DS18B20 an einen freien Port ;)
Denn der darauf folgende OP-Amp zum verstärken der kleinen 
Brückenspannung macht deutlich grössere Fehler.

Gruß Anselm

Autor: Ralf K. (ralf82k)
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Hallo,

also ich finde das alles viel zu kompliziert.
ich hatte mal ähnliches vor. Wollte ein Thermometer bauen, welches auf 
0,001°C auflösen sollte, temperaturstabil und generell recht genau sein 
sollte. Dieses habe ich dann mit dem AD7793 gelöst. Ist ein 24Bit ADC, 
bei welchem sämtliche Eingänge Differenziell ausgelegt sind. Außerdem 
hat er schaltbare Stromquellen. Die Genauigkeit dieser spielt aber keine 
Rolle. Ich hatte die Stromquelle durch den PT100 geschickt und dann 
durch einen Referenzwiderstand mit TK5. den PT100 an den diff. ADC 
Eingang und den Ref. R an den Differenziellen Referenzeingang. Somit 
misst der ADC direkt den Widerstand. Bei 1mA hatte ich ca. 0,03°C 
Eigenerwärmung festgestellt.

Also von dem ADC bin ich total überzeugt. Kann den nur weiterempfehlen. 
Hat auch einen PGA. Damit kann man Full Scale auf 20mV einstellen. 
Kostet allerdings 10 EUR. Damit konnte man aber auch ein 6,5 DIGIT 
Multimeter bauen.

http://www.analog.com/en/analog-to-digital-convert...

Gruß Ralf

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