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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Operationsverstärker als Konstantstromquelle


Autor: Lauralein (Gast)
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Hallo,
Ich muss 5 LEDs in Reihe schalten und brauche dazu eine 
Konstantstromquelle.
Ich soll einen OPV verwenden und wollte 2 Widerstände anschließen.
Jetzt weiß ich nicht was für Widerstände.
Bei http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle hab ich die Formel:
I=U_e/R_M
gefunden und müsste doch demnach einen Widerstand R_M von 0,72Ohm 
nehmen,
wenn mein Netzteil 15V (=U_e?) abgibt und meine LEDs bei 25mA leuchten 
sollen?

Und dann gibts da noch einen zweiten Widerstand Rv, von dem ich 
überhaupt nicht weiß, wie ich den berechnen soll...

Kann mir jemand helfen? Vielen Dank schonmal!

: Verschoben durch Admin
Autor: karadur (Gast)
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Hallo


wenn du die linke OP-Schaltung nimmst, dann mußt du Rv durch deine 
LED-Reihenschaltung ersetzen.RM mißt dann den Strom. An den Eingang mußt 
du jetzt aber eine konstante Spannung anlegen. Nehmen wir an, an RM soll 
eine Spannung von 2V abfallen: I= 25mA => RM. Ohmsches Gesetz. So jetzt 
mußt du noch die Eingangspannung auf 2V stabilisieren. Jetzt bist du 
dran.

Autor: Lauralein (Gast)
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Rm = 80 Ohm?

Vielen vielen Dank auf jeden Fall!

Ganz versteh ichs trotzdem noch nicht:
Wie stabilisiere ich die Eingangsspannung denn auf 2V?? Warum 2V?!

Und ist es überhaupt klug ein Netzteil zu nehmen mit 15V?

Bei den LEDs fallen pro LED 2,1V ab. Also insgesamt 10,5V.

Ich hab keine Ahnung, ob ich auf dem richtigen Weg bin...

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

die 2V sind willkürlich, aber gewählt weil der OP dann 2V von Masse weg 
bleibt. Der Eingangsspannungsbereich eines OPs ist nicht beliebig. Siehe 
Datenblatt. Bei den 10,5V + 2V von Gnd liegt man im mittleren Bereich.

Die Schaltung selbst ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle, deshalb 
die konstanten 2V. Du könntest z.B. eine LED über einen Vorwiderstand an 
5V als Referenz nehmen. Dann mußt du den RM anpassen auf 2,1V. Es gehen 
statt der LED auch 3 Dioden in Reihe= 3x ca. 0,65V. Hängt immer von der 
Anforderung an.

Die 80R sind richtig berechnet.

Autor: karadur (Gast)
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Du könntest z.B. eine LED über einen Vorwiderstand an
5V als Referenz nehmen.

sollte heißen: Du könntest z.B. eine LED über einen Vorwiderstand an
15V als Referenz nehmen.

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

schau dir mal die Anlage an. Ist etwas tricky, aber versuche mal es zu 
verstehen

Autor: Lauralein (Gast)
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ok super, ich verstehs jetzt glaube ich!

hab gerade nachgelesen bei mir wären es 3V am Eingang.
Also komm ich auf 120 Ohm für den Widerstand Rm.

Insgesamt: Ich grounde den +Eingang, an den OPV-Ausgang lege ich meine 
LEDs (als Rv), verbinde sie mit dem -Eingang und dahinter schließe ich 
Rm = 120 Ohm.

Ginge das so?

Achso und jetzt muss ich noch die 3V stabilisieren, das hab ich noch 
nicht ganz verstanden...
Wo (Also an welcher Stelle vom OPV) soll ich diesen Vorwiderstand + LED 
anbauen?!

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

der + Eingang muß dann auf 3V.

Autor: Lauralein (Gast)
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Hey,
also ich hab gestern das Schaltbild noch gar nicht gesehen.

Das ist doch jetzt wieder alles anders oder? Nicht wie bei wikipedia 
(s.o) =D

Da bräuchte ich ja 3 zusätzliche Widerstände und nciht nur einen!

Ich find das Bild relativ verständlich, aber ich weiß trotzdem nicht, 
wie ich mir die 3 Widerstände jetzt ausrechne...
R= U/I alle 120 Ohm? oder 40 Ohm? Tut mir leid für die blöden Fragen...

Wenn ich das wüsste, würd ichs jetzt genauso bauen =)

Vielen Dank für alles!

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
@karadur
Bist du dir sicher das deine Schaltung immer anspringt?
Du hast keinen OV Typ angegeben. Bei nicht Rail 2 Rail Typen kann es zu 
sehr eigenartigem Verhalten kommen wenn die Eingänge in die Nähe von 
GND/Vcc kommen. Ich würde vermutlich so 100K von Vcc nach In+ machen 
oder wenigstens ein C mit 100-470p.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Lauralein (Gast)
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was?!

ich wollte den hier nehmen:
http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1...

und was soll ich jetzt noch einbauen?
ursprünglich dachte ich, ich muss nur einen widerstand Rm (=120 Ohm) 
einbauen!

Autor: Lauralein (Gast)
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wie wärs damit?

das rote wären dementsprechend meine leds oder?
und die widerstände stimmen?
und der 3V-Referenzkreis im Bild ist kein Bauteil oder doch?!

Autor: Jens G. (jensig)
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Das ist doch das selbe wie in Wiki die linke Schaltung - nur eben genau 
anders herum gepolt.
Die 3V Referenz ist die genaue Spannung (hier gegen + geschaltet), von 
der oben gesprochen wurde. Für geringere Ansprüche kannste eine Z-Diode 
nehmen (3V gibt's eigentlich, üblicher sind aber wohl 3,3V, was Du auch 
nehmen kannst). Jedenfalls ist es ein Bauteil. Und das rote ist die LED 
- ja ;-)

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Doch, das ist ein Bauteil. (Wenn Du nicht von anderwo her die stabilen 3 
Volt herbekommst)
Eine Z-Diode käme da in Frage oder ein sog. Referenzelement.

MfG Paul

Autor: yalu (Gast)
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@karadur:

Irgendetwas fehlt in deiner Schaltung, nämlich die Referenz (oder ich
habe gerade ein Brett vor dem Kopf).

@Lauralein:

Deine letzte Schaltung sieht schon sehr gut aus. Als Referenzspannungs-
quelle (der 3V-Bubbel) kannst du Folgendes nehmen:

- Eine LED (wie von karadur vorgeschlagen)
- Eine Z-Diode (genauer)
- Eine integrierte Spannungsreferenz, z.B. TL431 (noch genauer)

Die genannten Referenzen haben zwar nicht genau die 3V, aber das kann
durch Anpassen von R1 erledigt werden.

Wenn die 15V-Versorgungsspannung ausreichend konstant ist (bspw. bei
einem stabilisierten Netzgerät) kannst du auch diese als Referenz
nehmen. Du ersetzt dann einfach den 3V-Bubbel durch einen 2,5kΩ-Wider-
stand.

Autor: gast (Gast)
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>> Irgendetwas fehlt in deiner Schaltung, nämlich die Referenz (oder ich
>> habe gerade ein Brett vor dem Kopf).
Ich gehe mal davon aus, daß die 5 in Reihe geschalteten LED die Referenz 
darstellen sollen.

Autor: karadur (Gast)
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@yalu

die Schaltung stammt aus dem Tietze/Schenk. Dort wird statt der LEDs 
eine Z-Diode verwendet. Der Trick besteht darin, dass die Dioden mit 
einem stabilisierten Strom ( erzeugt in dem Vorwiderstand ) betrieben 
werden. Die Schaltung stabilisiert sich quasi selbst.

Autor: Lauralein (Gast)
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super, danke!

jetzt nochmal zusammengefasst mit meinen umänderungen:

- ich nehme ein stabilisiertes 15V Netzteil 
(http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/5...)

- einen OPV 
(http://www2.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1...)

- 3 Widerstände (10kOhm, 600Ohm--> Rm, 2,5kOhm --> Ersatz für 3V-Bubbel)

Und wie ist das mit dem Erden? An welchen Stellen?
Und kann ich theoretisch den Ausgang 7 mit Ausgang 4 vertauschen?!

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

@Lauralein
Einige Kleinigkeiten müssen wir noch ändern. Der LM324 kann zwar typ. 
40mA Sourcen aber nicht sinken. Deshalb muß die Anordnung wieder so wie 
im ersten Post. LEDs nach GND. Deine 10k und 2k5 sind ok. Aber deine 
600R nicht. Nimm mal 60R. Der 10k muß an +Ub. 2k5 an GND.


Noch eine Frage: warum brauchst du noch eine Konstantstromquelle, wenn 
du eine Konstantspannung hast?  180R vor die LEDkette an 15V. Fertig.

Autor: Lauralein (Gast)
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@karadur
 ok also deine schaltung von oben mit R1= 2,5kOhm, R2= 10kOhm, R3= 60 
Ohm.

mach ich so!

jetzt nur noch eine frage: wie kommst du auf diese widerstände? wenn ich 
jetzt zumbeispiel die LEDs mit 20mA leuchten lassen will, was dann?

und mir wurde irgendwie vorher gesagt ich soll das nicht nur mit 
widerständen machen, weil ich sonst eine höhere spannungsquelle nehmen 
müsste oder so... und dann dachte ich per stromregeldiode, die find ich 
aber nicht bei conrad. also jetzt so =)

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

bei einer konstanten Spannung hast du ( mal abgesehen von 
Temperatureinflüssen ) einen konstanten Strom. Die LEDs haben, wie du 
schreibst, einen Spannungsabfall von 10,5V. => an dem Widerstand müssen 
4,5V abfallen. Aus dem Strom (25mA )und der Spannung erhälst du den 
Widerstandswert. Für 20mA entsprechend. Der Aufwand mit dem OP lohnt nur 
wenn die Spanng nicht konstant ist.


Die Widerstandswerte weiter oben waren für die Schaltung aus dem Wiki.

die 10k und die 2k5 machen deine 3V. Wenn ich eine Spannung am OP von 
12V ( =15V -3V ) nehme, ist die Differenz zu 10,5V 1,5V mit einem Strom 
von 25mA bekommt man dann die 60R

Autor: yalu (Gast)
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@karadur

> Die Schaltung stabilisiert sich quasi selbst.

Ah, jetzt hab ich's auch gesehen :)

Ja, die Schaltung ist ganz pfiffig, wenn die Versorgungsspannungsschwan-
kungen hoch sind (höher als die Schwankungen der Flussspannung der LEDs)
und man trotzdem eine zusätzliche Referenz in Form einer Z-Diode o.ä.
einsparen möchte.

Autor: Lauralein (Gast)
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Hallo nochmal, ich sitze immernoch davor =)

Ich hab doch noch was nicht verstanden, ich hab irgendwie Ucc im 
Datenblatt des OPVs nachgelesen und das war minimal 3V, deshalb hab ich 
behauptet das wären 3V Eingangsspannung, aber das ist falsch oder?

zweite frage: wie genau kommt man von 3V auf 2k5Ohm und 10kOhm?

Danke auf jeden Fall für alles!!

Autor: Michael (Gast)
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Muss das eigentlich nur OP und Widerstand sein oder darf auch ein 
Transistor mitspielen? 25 mA kann man zwar aus einigen OP rausholen aber 
es gibt auch viele Typen, die das nicht können. Ich denk da nur mal an 
den MC1458 und so...ok, ich weiß auch nicht welche OPs "üblich" sind. 
Der LM358 könnte ja wieder recht easy 25mA.

Autor: Lauralein (Gast)
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theoretisch könnte ich auch einen tranistor einbauen, aber das müsste 
ich jetzt wieder ewig verstehen und ich will das jetzt eigentlich nur 
einmal nur mit op und widerständen bauen, natürlich nur wenns möglich 
ist...

Autor: Michael (Gast)
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Ist ja auch möglich nur mit nem OP-AMP und Widerständen...dann musst du 
halt nur auf den OP-AMP achten, dass er den Strom auch treiben kann und 
viel können die meisten halt i.d.R. nicht treiben.
Deine Antwort lässt vermuten, dass du scheinbar nicht richtig weißt wie 
der OP als Stromquelle fungieren kann.

Ich bedien mich mal des Elektrometerverstärkers wie er bei Wikipedia 
gezeichnet 
(http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Noninverting_Am...) ist und 
ersetze R2 durch die LED:

Da in die Eingänge eines OP idealer Weise keine Ströme hinein fließen 
fällt Ue an R1 ab. Dies hat zur Folge, dass durch R1 auch ein Strom 
fließen muss in der Größe Ir1=Ue/R1. Aus einem Eingang eines OPs fließt 
aber auch kein Strom, der Strom Ir1 muss aber irgendwoher kommen. Wenn 
also nicht aus dem negativen Eingang dann kann er nur aus dem Ausgang 
des OPs kommen. Und von da aus geht es nach R1 also nur über die LED. 
Der OP wird also seinen Ausgang dahin steuern (sofern die 
Betriebsversorgung des OPs das zulässt), dass durch die LED auch der 
Strom Ir1 fließen kann und nur Ir1.

Mit Ue und R1 also kannst du den Strom einstellen, der durch die LED 
fließen soll.

Mit Transistor geht es ähnlich, man misst über den Messwiderstand den 
Strom und lässt den OP den Transistor so steuern, dass dieser den 
gewünschten Strom auch fließen lässt. Der Transistor dient hierbei dann 
als gesteuerter Widerstand. Schaltung hierzu mal aus einem anderen 
Beitrag (Beitrag "LED Konstantstromtreiber mit Op-Amp und Transistor") geklaut: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/20910/St...
Der Vorteil ist hierbei halt, dass man deutlich höhere Ströme damit 
erzeugen kann als sie gewöhnliche OP-AMPs liefern können.

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


Der OP muß mit 15V Versorgt werden. Deine LEDs sind RV. RM hatten wir ja 
schon mit 120R. Heißt wenn 3V an RM anliegen fliessen deine 25mA. Der OP 
vergleicht die Spannungen an den beiden Eingängen + und -. Er versucht 
den Ausgang so einzustellen das die Differenz 0V wird. Heißt du brauchst 
3V am +Eingang. Also nehmen wir einen Spannungsteiler und machen uns aus 
15V die 3V. Mit 10k und 2k5 erhälst du die 3V.

Autor: Lauralein (Gast)
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Ihr verwirrt mich grad wieder ein bisschen... =)

Jetzt schlagt ihr wieder die Wikipedia-Schaltung vor, wo die LEDs direkt 
am OPV-Ausgang liegen und der Spannungsteiler (danke für die 
Erklärung!!) am +Eingang liegt. Dann bin ich auch wieder bei 120R, ok.

Es ging mir jetzt aber eigentlich um diese von karadur vorgeschlagene 
Schaltung von Tietze/Schenk. Wo die LEDs gegroundet werden.

Da kam ich auf R3= 60R

Ist es jetzt egal, ob ich den Spannungsteiler an den + oder -Eingang 
lege?

Danke!

Autor: Lauralein (Gast)
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Ist der Unterschied zwischen den beiden Schaltungen (Wikipedia + 
Tietze/Schenk), dass die eine von der "invertierenden" und die andere 
"nichtinvertierenden" Grundschaltung ausgehen?

Autor: karadur (Gast)
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Hallo


zur Tietze/Schenk Schaltung. Deine LEDs brauchen 10,5V bei 25 mA. => Der 
Ausgang des OPs muß eine Spannung liefern die  > 10,5 V ist. Da die 
meisten OPs nicht bis an die Versorgung steuern können, wählen wir 12V. 
=> R3= (12V-10,5V)/25mA = 60R. Nimm 68R.
Die Spannung am anderen Eingang muß ebenfalls 10,5V werden. Da wir nicht 
mehr viel Stromreserven haben wird der Spannungsteiler hochohmig 
gewählt.
Das Verhältnis der Widerstände ist 1:7. Nehmen wir also 10k=R2 und 
68k=R1.
So sollte es gehen.

Autor: karadur (Gast)
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Nachtrag

hab es mit einem TL084 aufgebaut. Geht.

Autor: Lauralein (Gast)
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Perfekt, danke!

Und vorher kamen wir auf 2k5, weil wir mit 15V und Ue=3V gerechnet 
haben, nehme ich an... und jetzt rechnen wir mit 12V und Ue=10,5V.

Ich nehme übrigens die Formel Ue = (Uges*R1)/(R1+R2) --> 
Spannungsteiler, dann funktioniert das.

Tausend Millionen Dank!

Aber morgen fällt mir bestimmt wieder eine neue Frage ein......

Autor: Lauralein (Gast)
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Noch eine Frage:
Mit "Die Spannung am anderen Eingang muß ebenfalls 10,5V werden." 
(karadur) ist die Spannung am -Eingang gemeint, oder?
Warum muss die nicht 12V werden? (ich versuche mir gerade logisch zu 
erklären, wie dieser OP funktioniert, er bildet doch die Differenz 
zwischen den beiden Eingängen und gibt es am Ausgang wieder aus oder hab 
ich das schon ganz falsch verstanden?)

Und noch eine (warhscheinlich blöde..) Frage: Müsste sich die 
12V-Spannung am Knotenpunkt direkt nach dem OP-Ausgang nicht aufteilen 
(einmal Richtung -Eingang und Richtung LEDs) und dann wäre gar nicht 
genug Spannung da für die LEDs?

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

ein OP verstärkt die Differenz an den Eingängen mit seiner 
Leerlaufverstärkung ( Open-Loop-Gain ). Die Beschaltung des OPs macht 
die Funktion aus. Hier ist der OP Gegengekoppelt. Heißt ein Teil der 
Ausgangsgröße wird auf den - Eingang geführt. Dadurch wird die Differenz 
( so möglich ) auf 0 ausgeregelt. Bedeutet die Spannung an den Eingängen 
sind gleich.
Wir wollen einen Strom durch die LEDs von 25mA und wissen es fällt eine 
Spannung von 10,5 V ab. Bei der Schaltung ist der - Eingang mit diesem 
Punkt verbunden. Also muß der + Eingang auch auf 10,5V. Macht der 
Spannungsteiler R2,R1. Bleibt noch R3. Der Strom durch R3 erzeugt einen 
Spannungsabfall. Der Ausgang des OPs erzeugt eine Spannung die für die 
10,5V an den LEDs sorgt. Da wir gesagt haben das soll bei 12V Ausgang 
sein ergibt sich R3 zu (12V -10,5V)/25mA. Wir könnten das auch mit 13V 
machen, dann wird R3 eben (13V -10,5V)/25mA=100R.
Lies dir am besten noch mal den Wikipediaeintrag zum Thema OPamp durch.

Die Spannung am Ausgang des OPs teilt sich nicht auf. Wohl aber der 
Strom. Deshalb die hochohmige Auslegung von R1 und R2.

Autor: Lauralein (Gast)
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"Bei der Schaltung ist der - Eingang mit diesem
Punkt verbunden. Also muß der + Eingang auch auf 10,5V."
Andersrum oder? -Eingang durch Spannungsteiler auf 10,5V und +Eingang 
ist direkt mit LEDs verbunden!

Vielen Dank nochmal für die geduldigen Antworten! Ohne Hilfe wäre das 
total schief gelaufen =)

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

hast recht, komme mit all den Varianten auch schon durcheinander.

Autor: Lauralein (Gast)
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Ich habs gerade meinem Chef vorgestellt und der meinte: OK, kannst es 
bauen.

also gehts jetzt ans Bestellen und dann bauen, juppie!!!

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