Endstufe mit OP und Transistor

[Horst H. (horstmann)]

Hallo alle zusammen,
was den Schaltungsentwurf angeht bin ich Anfänger. Mein Ziel ist es 
einen relativ starken Lüfter mit einer regelbaren Spannung bis 12V zu 
versorgen. Das Steuersignal (Uin), 0-5V soll aus dem D/A Wandler im uC 
kommen. Die von mir gebastelte Schaltung (siehe Anhang) verhält sich 
allerdings nur in einem Fenster von 1,9-3,6V wie erwartet: hier findet 
eine lineare Verstärkung mit dem Faktor 2,5 statt. Fällt die 
Eingansspannung unter 1.9V, bleibt die Ausgangsspannung bei 4,9V 
konstant, steigt das Steuersignal über 3,6V, bekommt der Lüfter dennoch 
nur 9V. Wärend mich das Interval unter 1.9V nicht stört, würde ich schon 
gerne bis 12V hochregeln können.
Zur Schaltung: der Operationsverstärker teilt seine Versorgungsspannung 
mit dem Lüfter - also 12V und GND.
Ich hoffe einer von euch, der mehr Erfahrung hat, kann mir sagen, was 
ich falsch gemacht habe und wie ich es besser machen kann.

gruß

[ArnoR (Gast)]

Du hast weder den Eingangs- noch den Ausgangsspannungsbereich des OPV 
beachtet. Das ist kein RtR-OPV.

[Christian B. (casandro)]

Ahh, die meisten OPVs haben Probleme damit wenn die Ein- oder Ausgänge 
zu nahe an die Versorgungsspannungen kommen. Lieber da ein wenig Abstand 
halten.

Idealerweise legst Du die Versorgungsspannung, höher und tiefer.

Alternativ könntest Du auch den Transistor auf die negative Seite legen 
und die Messspannung anders abgreifen. Damit löst Du zumindest das 
Problem, dass der OPV wohl niemals die gewünschten 12V plus die Spannung 
die an der Basis-Emitter-Strecke abfällt (ca 0.6V) liefern kann damit er 
komplett durch schaltet.

[Horst H. (horstmann)]

Also wenn ich einen "Rail to Rail" OP nehme funktioniert die Schaltung 
so wie ich mir das vorstelle ? Ich habe mir das Datenblatt des OPs 
vorher angeschaut aber diese Werte nicht gefunden. Sind die bei allen 
nicht RtR OPs gleich oder unter welchem Stichwort(englisch) finde ich 
sie im Datenblatt?

Gibt es eine effektivere Möglichkeit einen bürstenlosen Motor (inklusive 
seines Treibers) zu steuern als einen Linearregler ? Der Transistor wir 
warm ...

[Purzel H. (hacky)]

>Gibt es eine effektivere Möglichkeit einen bürstenlosen Motor (inklusive
seines Treibers) zu steuern als einen Linearregler ? Der Transistor wir
warm ...

Mit einem Schaltregler ... da koennt man auch selbst draufkommen.

[Christian B. (casandro)]

Horst Horstmann schrieb:
> Also wenn ich einen "Rail to Rail" OP nehme funktioniert die Schaltung
> so wie ich mir das vorstelle ?

Nein, denn damit der Transistor voll leitend wird und 12 Volt am Emitter 
anliegen müssten an der Basis 12+0.6Volt anliegen. Kein OPV kann da mehr 
machen als Deine Quelle macht.

Aber Du kannst den Transistor auch zur Masse runter machen.
               12V
Sprich:         |
              Motor
                |
             | /
 OPV----R----|/
             |\
             | V
               |
               0V

Dann kannst Du am Kollektor die Spannung abgreifen, die am Transistor 
abfällt. Der Spannungsteiler ist dann halt zwischen Collektor und 0V. 
Dann ist es nur noch wichtig, dass der OPV auf so 0.6 Volt über 
Negativer Versorgungsspannung heruntergeht (damit der Transistor auch 
zuverlässig abschalten kann).

Mit der Eingangsbeschaltung würde ich mir auch was anderes überlegen. 
Kannst Du nicht einen Spannungsteiler an den positiven Eingang schalten, 
so dass bei 0V vom Mikrocontroller (der Pfeil ist wohl falsch rum) am 
Eingang vom OPV keine 0V, sondern vielleicht 6 Volt anliegen? Das 
gleiche würde ich auch beim Messteiler machen.

Wie schon gesagt, OPVs mögen es meistens am liebsten wenn man sie weit 
weg von positiver und negativer Versorgungsspannung betreibt.

[Christian B. (casandro)]

Hmm, Du hast ja bestimmt 5 Volt (oder so) für Deinen Mikrocontroller.

Mach doch die Spannungsteiler relativ zu dem, sprich:


"5"V----------+        +---Offsetspannung einstellbar
              |        |
              R1       R3
              |        |
              +--+  +--+          12V
              |  |  |  |           |
              R2 |  |  R4        Motor
              |  |  |  |           |
Steuerspannung+  |  |  +-----------+
                 |  |  __          |
                 |  +-|+ \___R___|/
                 +----|-_/       |\
                                   |
                                  0V

Somit sind Deine Eingangsspannungen vom OPV immer weit weg von der 
Versorgungsspannung. Das sollte vom Prinzip her klappen.

Die Offsetspannung müsstest Du halt berechnen, ebenso wie 
Wiederstandswerte. Bedenke dabei, dass die Schaltung invertiert. 
Steuerspannung 0 ergibt volle Motorspannung. Steuerspannung "5" Volt 
ergibt Motorstillstand.

Edit: beim OPV plus und Minus vertauscht, die waren glaub ich falsch rum

[Christian B. (casandro)]

Nicht invertiert sollte das auch gehen.

Grob so:

Steuersp----R1--+---R2------vom Kollektor
                |   __
                +--|+ \_______zur Basis
"5" Volt-----------|-_/


Variablen zur Vereinfachung:
R1_=R1/(R1+R2)
R2_=R2/(R1+R2)

Fall Steuerspannung 0:
Kollektor 12 Volt (transistor sperrt)
0V*R1_+12V*R2_=5V

Fall Steuerspannung 5V:
Kollektor 0 Volt (transistor leitet)
5V*R1_+0V*R2_=5V

irgendwie so müsste man das rechnen können, aber es ist schon 23:48 und 
ich will jetzt schlafen kann aber nicht weil es hier noch zu warm ist. 
Gutenacht

[Christian B. (casandro)]

Ach ja, bitte erst simulieren ob das funktioniert.

[Horst H. (horstmann)]

Viele danke Christian,
ich werde versuche am Wochenende mal ein bisschen von dem Input, den ich 
bekommen habe umzusetzen. Kannst du mir ein Tool zum Simulieren 
empfehlen ? ich kenne nur PSpice und mit dem hatte ich auf Windows 7 
immer Probleme und die Modelle für Transistoren hab ich nie gefunden.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Horst Horstmann schrieb:
> Also wenn ich einen "Rail to Rail" OP nehme funktioniert die Schaltung
> so wie ich mir das vorstelle ? Ich habe mir das Datenblatt des OPs
> vorher angeschaut aber diese Werte nicht gefunden. Sind die bei allen
> nicht RtR OPs gleich oder unter welchem Stichwort(englisch) finde ich
> sie im Datenblatt?

"Alle gleich" ist Unsinn. Es gilt immer das Datenblatt.
(Zusatzhinweis: es gibt bei etlichen "Standard"-ICs mehrere Hersteller. 
Da ist es nicht sicher, dass die Daten bei allen gleich sind!!!)

In dem Datenblatt von "Deinem" OP:
   http://www.national.com/ds/LM/LM747.pdf
sind die Werte "Input Voltage Range" und "Output Voltage Swing" die 
gesuchten.

Gruß Dietrich

[Helmut L. (helmi1)]

Christian Berger schrieb:
> Das sollte vom Prinzip her klappen.

Auch hier liegt der Pferdefuss im Detail.
Da du jetzt eine zusaetzliche Spannungsverstaerkung durch den Transistor 
eingebaut hast, schwing das Teil. Die Frequenzkompensation der meisten 
OPs ist so ausgelegt das sie bei Verstaerkung 1 nicht kompensiert zu 
werden brauchen und dann dort auch stabil sind. Durch deine 
Transistorstufe hast du jetzt zusaetzliche Verstaerkung eingebracht. 
Damit wird dein OP anfangen zu schwingen weil seine Phasenreserve 
aufgebraucht worden ist. Also dort wo die Gesammtphase 360 Grad betraegt 
ist die Verstaerkung groesser 1 .
Um das stabil zu bekommen muss du eine zusaetzliche Kompensation 
einfuegen.
Die besteht im einfachsten Fall aus einem kleine C (einige nf)
vom Ausgang des Ops zu sein (-) Eingang.