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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Konstantstromquelle mit Opamp und Fet


Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

ich bin dabei eine Konstantstromquelle nach dem Muster hier zu bauen:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/32048/LE...

Ich möchte aber einen N-Kanal Fet, den IRLU024N, statt des bipolaren 
Transistors verwenden. Das einzige Problem: es tut nicht. Die Schaltung 
schwingt wie Bär. Nur wenn man einen Widerstand vom Opamp-Ausgang zu Gnd 
und einen 50 kOhm Gatewiderstand verwendet wird es etwas ruhiger, stabil 
ist es darum aber nicht. Wo liegt mein Fehler? Hat jemand eine Schaltung 
für diesen Zweck?

Vielen Dank!
Micha

Autor: Gast (Gast)
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Ahja, der Strom soll im Bereich von 0..1 A liegen, geregelt wird über 
die Spannung am nichtinvertierenden Eingang.

Autor: Michael (Gast)
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Schonmal versuhct die Widerstände zu ändern und die Änderung 
beobachtet?. So ein FET muss ja sein Gate umladen und vielleicht geht 
das, bedingt durch die Widerstände, zu langsam.

Autor: Alex22 (Gast)
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Du könntest vielleicht parallel zu R1 noch einen Kondensator zur 
Dämpfung schalten.

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Gast (Gast)
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Naja, R1 ist nur 1 Ohm. Was komischerweise was bringt, ist einen 
Kondensator zwischen Ausgang und invertierendem Eingang zu schalten... 
Allerdings gibt es immer einen bösen Stromspike, wenn man etwas an die 
Schaltung anschließt...

Autor: Olaf (Gast)
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> Wo liegt mein Fehler?

Pruef mal wie gross die notwendige Spannungsverstaerkung deines
Operationsverstaerkers in dieser Schaltung ist, und ob er
die auch kann. Nicht das die zu klein ist.

> Kondensator zwischen Ausgang und invertierendem Eingang zu schalten...

Klar, Standardmethode. Macht den Op langsamer...

> Allerdings gibt es immer einen bösen Stromspike, wenn man etwas
> an die Schaltung anschließt

Nebeneffekt einer langsamen Schaltung. Kondensator solange verkleinern
bis es sicher nicht mehr schwingt.

Im uebrigen muss es einen Strompeak geben wenn du etwas im Leerlauf der
Schaltung anschliesst. Ohne Last liefert die Schaltung ja eine unendlich 
hohe Ausgangsspannung. Also Ubat. Und erst mit dem anschliessen der Last 
kann etwas geregelt werden. Einen Peak wird es also immer geben. Du 
kannst hoechstens seine breite ueber die Geschwindigkeit beeinflussen 
und eventuell noch seine Hoehe wenn du die maximal moegliche 
Ausgangsspannung begrenzt.
Und du kannst natuerlich einen aufwendigeren PID Regler bauen und dann
ueber deine Reglerparameter das Uebergangsverhalten an deine Wuensche 
anpassen. Viel Spass. :-)

Olaf

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Gast wrote:
> Hallo,
>
> ich bin dabei eine Konstantstromquelle nach dem Muster hier zu bauen:
> http://www.mikrocontroller.net/attachment/32048/LE...
>
> Ich möchte aber einen N-Kanal Fet, den IRLU024N, statt des bipolaren
> Transistors verwenden. Das einzige Problem: es tut nicht. Die Schaltung
> schwingt wie Bär. Nur wenn man einen Widerstand vom Opamp-Ausgang zu Gnd
> und einen 50 kOhm Gatewiderstand verwendet wird es etwas ruhiger, stabil
> ist es darum aber nicht. Wo liegt mein Fehler?

Tja, Du hast 2 Bauteile vergessen.

Erstens die Verbindung zwischen invert. Eingang und 1 Ohm Widerstand 
auftrennen; dort einen 10k Ohm Widerstand einfügen.

Zweitens einen 2,2 nF Kondensator zwischen inv. Eingang und den Ausgang 
des OP löten.

alles wird gut ...


hth,
Andrew

Autor: Andi ... (xaos)
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http://www.analog.com/static/imported-files/applic...
seite 16 fig35.

ein relativ hoher widerstand zwischen opam und fet ist zwingend 
notwendig, um die schaltzeiten/flanken zu reduzieren für die regelung.
im endeffekt ists nen einstellbarer widerstand...

Autor: Gast (Gast)
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Aber mit genau der Schaltung (TLC272 statt OPA77) aus dem PDF geht es 
eben nicht. Die haben auch keinen Widerstand zwischen invertierendem 
Eingang und Sense-Widerstand, geschweige denn irgendwelche 
Kondensatoren. Und der Gate-Widerstand ist ja wohl auch ein Witz. Ich 
hab im Moment 50 k und das gibt immer noch 10% Restwelligkeit...

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Und eine banale Frage:
Wo hast du die negative Versorgungsspannung des OpAmps angeschlossen? 
Doch nicht etwa auf das gleiche Potential wie die Masse in dem 
Schaltplan??

Dann könnte er beim Einschalten sofort schwingen.


Gruß -
Abdul

Autor: Gast (Gast)
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Ne, negative Vcc gibts nicht, aber Input und Output des TLC272 
beinhalten die negative Versorgungsspannung, in dem Fall also 0 V.

Autor: yalu (Gast)
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> Ne, negative Vcc gibts nicht, aber Input und Output des TLC272
> beinhalten die negative Versorgungsspannung, in dem Fall also 0 V.

Ja, die negative Versorgungsspannung ist beim Einsatz eines MOSFETs in
Verbindung mit einem Single-Supply-OPV (LM358 oder TLC272) nicht
kritisch, da die Ausgangsspannung des OPV immer größer als die
Threshold-Spannung des MOSFET (hier 1-2V) ist. Beim OP77 sollte man
zumindest noch einmal nachdenken, ob die untere Ausgangsspannungsgrenze
ausreichend niedrig ist.

Aber wie sieht es mit der positiven Versorgungsspannung aus? Bei 5V
könnte der LM358 oder TLC272 beim Maximalstrom von 1A schon in den
oberen Anschlag (ca. 3,5V) laufen. Das erklärt zwar nicht das Schwingen,
sollte aber trotzdem bedacht werden, da sonst evtl. der gewünschte
Maximalstrom nicht erreicht wird.

Das Schwingen kann auch nicht durch eine zu hohe Schleifenverstärkung
entstehen, da die genannten OPVs vollständig frequenzkompensiert sind
und der externe MOSFET in Source-Schaltung eine Spannungsverstärkung von
<1 hat.

Die Ursache des Schwingens liegt hautpsächlich in der Gatekapazität des
MOSFET, die zusammen mit dem Ausgangswiderstand des OPV einen Tiefpass
bildet und damit zu einer durch die interne Frequenzkompensation des OPV
nicht berücksichtigten Phasendrehung des Signals führt. Deswegen ist
auch ein Widerstand vor dem Gate in dieser Schaltung eher
kontraproduktiv, da er die Zeitkonstante des Tiefpasses erhöht, so dass
die Schaltung noch mehr schwingt. Die effektive Gate-Kapazität steigt
noch durch den Miller-Effekt, der sich bei hohem differenziellen
Lastwiderstand am Drain stärker bemerkbar macht als bei niedrigem. Eine
zusätzliche Frequenzkompensation in Form eines Hochpasses im
Gegenkopplungszweig (wie von Andrew Taylor beschrieben) löst dieses
Problem.

Ich hatte diese Schaltung auch schon ohne zusätzliche
Frequenzkompensation als LED-Treiber eingesetzt, ohne dass Probleme
auftraten. Allerdings benutzte ich kleinere MOSFETs (z.B. IRF7103) und
hatte als Last eben nur die LEDs, die einen ziemlich kleinen
differenziellen Widerstand haben (kaum Miller-Effekt). Bei größeren
Lastwiderständen (im Kiloohmbereich) hat dann aber trotzdem irgendwann
das Schwingen eingesetzt.

Autor: Gast (Gast)
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Oh, vielen Dank für diese super Erklärung! Danke!

Autor: Gast (Gast)
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Jetzt läuft die Schaltung mit 100 k Gatewiderstand, 10 k vom inv. 
Eingang zum Sense Widerstand und 10 nF zwischen inv. Eingang und Ausgang 
perfekt. Recht herzlichen Dank für eure Hilfe!

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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und ich sagte: alles wird gut ...

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