Stromsenke sperrt nicht bei 0mV Sollwert

[Markus S. (marksp)]

Hallo,

ich habe eine einfache Stromsenke aufgebaut nach folgendem Prinzip:

 |             +--o
Poti--|+\       |
  |   |  >-+-R-|I
  | +-|-/  Cx   |
  | +------+-Rx-+
  |           Shunt
  +-------------+--o

Ich habe festgestellt, dass bei GND Potential am nicht invertierenden
Eingang immer noch ca. 10mA pro Mosfet fließen. (Shunt 0,1 Ohm)
Habe schon diverse Opamps (z.B. LM324, TL072) eingesetzt und es kommt 
immer zu selbem Ergebnis. Der fließende Strom unterscheidet sich schon 
um einige mA je nach Opamp , allerdings frage ich mich,
wieso der Opamp immer "denkt" dass am positiven Eingang ein höheres 
Potential liegt als an dem invertierenden
Eingang. Habe schon etliche Opamps ausprobiert, da ich dachte es liegt 
an dem Eingangs Offset, welcher
positiv und negativ ausfallen kann. Versorgung über Schaltnetzteil oder 
Batterie zeigt auch keinen Unterschied.
Rx 1-10kohm CX 1-10nF ungefähr. Vor das Gate habe ich 10-50 Ohm gesetzt.

Wäre klasse, wenn jemand mir da weiterhelfen könnte

Markus

[ArnoR (Gast)]

Das liegt daran, dass die OPVs eben nicht ideal sind.

Um den Ausgang bis an den unteren Anschlag zu bringen ist eine kleine 
eingangsseitige Aussteuerung nötig. Und zwar muß der nichtinvertierende 
Eingang etwas negativer als der invertierende sein, also der 
invertierende positiver als der nichtinvertierende. Genau das hast du 
beobachtet.

Dazu kommt, dass der OPV eingangsseitig mit voller negativer 
Gleichtaktaussteuerung (die Eingänge liegen auf Masse) arbeitet, was ihn 
noch etwas unidealer werden lässt (Verstärkung nimmt ab und damit die 
nötige Aussteuerung zu, usw.).

[Der Andere (Gast)]

Markus S. schrieb:
> aufgebaut nach folgendem Prinzip

Dabei hast du aber das Prinzip auch insofern eingehalten, dass der OP 
symmetrisch mit positiver und negativer Spannung versorgt wird. Und zwar 
mindestens 3V mehr als deine max/min Eingangs und Ausgangsspannung sind.

Alternativ suche dir einen Rail to Rail OP.

[Der Andere (Gast)]

Der Andere schrieb:

> mindestens 3V mehr als deine max/min Eingangs und Ausgangsspannung sind.

sorry sollte heissen:
mindestens +- 3V mehr/weniger als deine max/min Eingangs und 
Ausgangsspannung sind.

[Markus S. (marksp)]

Wenn ich einen Opamp im Dual Supply (+-12V z.B.) betreibe.
Müssten dann nicht bei 10 getesteten OP's einige dabei sein
wo ein negativer Offset vorhanden ist. So dass eine leicht positive
Spannung am nicht Invertierenden Eingang nötig ist, um den OP 
Ausgangsseitig auf GND zu bringen?

[David P. (chavotronic)]

Beigefügtes PDF mal durchlesen, das sollte alle Fragen beantworten.

[traco (Gast)]

Du betreibst "Bastelquatsch".

Bauteile ausmessen bis die Schaltung funktioniert, die Schaltung, die 
einfach schlecht designed ist.
Temperaturänderungen, Alterung und rauschen, das alles läßt deinen 
Pfusch in Zukunft auffliegen.

Wie wär es mit einer sauberen Lösung? Den positiven Eingang leicht 
negativ vorspannen?

[Markus S. (marksp)]

Vorspannen kann ich das schon.
Mich interessiert dennoch der Hintergrund, wieso dieser Effekt zustande 
kommt. Besonders im Hinblick auf einen negativen Eingangsoffset.

[Der Andere (Gast)]

Markus S. schrieb:
> Versorgung über Schaltnetzteil oder
> Batterie zeigt auch keinen Unterschied.

Unipolar oder bipolar?

Aber das willst du ja nicht verraten.
Ein Offset bleibt nicht konstant nur weil du ihn ainmal ausmisst. Vor 
allem nicht wenn du den OP dann in die Betriebsspannungsgrenzen fährst.

[Markus S. (marksp)]

Einige LM324 habe ich unipolar und bipolar getestet. Und diverse JFet 
OP's
bipolar. Aus einem TI PDF habe ich entnommen, dass der negative Offset 
ca. in ähnlichem Maße auftreten sollte wie der positive (jeweils 30% 
grob).

[Dietrich L. (dietrichl)]

Markus S. schrieb:
> Aus einem TI PDF habe ich entnommen, dass der negative Offset
> ca. in ähnlichem Maße auftreten sollte wie der positive (jeweils 30%
> grob).

Woher hast Du die Aussage?

Die Streuung ist aber nicht unbedingt gleichmäßig verteilt.
In einer Fertigungs-Charge kann der Offset durchaus ähnlich sein.
Die obige Aussage kann meiner Meinung nur bei großer Stückzahl über 
einen längeren Fertigungszeitraum gelten.

Gruß Dietrich

[Markus S. (marksp)]

Aus den Datenblättern der verwendeten OP's habe ich entnommen,
daß die Abweichungen im Prinzip der Normalverteilung folgen.
Ich habe auch OP's eingesetzt, die im Durchschnitt einen kleineren 
Offset angegeben haben als andere. (z.B. OPA4277 und TLE2084).
Und dennoch der OP mit dem kleineren Offset mehr aufgeregelt hatte, als 
ein OP mit einem durchschnittlich größeren Offset.
Das ist jetzt nicht unbedingt sehr Aussagekräftig (hatte jeweils nur ein 
Exemplar)
, weil ich evtl den mit dem größten Offset erwischt habe.
Dennoch frage ich mich, ob es evtl. gar nicht am Offset liegt.
Daß ich nur Chargen mit positivem Offset erwischt habe, ist doch 
unwahrscheinlich.
Es ist halt schon auch ausprobieren und basteln. Beim recherchieren
der Dimensionierung von Cx und Rx bin ich auch auf keine Formel 
gestoßen.
Die Devise lautet: ausprobieren bis es funktioniert.
Ich habe ca. 8 verschiedene Typen von 4-Fach JFET OP's eingesetzt,
denen ich irgendwie habhaft werden konnte. Alle mit +-12V Versorgung.
Es geht immer um den Moment nach dem Einschalten bei Zimmertemperatur.
In den vierfach OP's die ich verwendet habe steuern übrigens immer alle
vier Ausgänge den FET etwas auf.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Markus S. schrieb:
> Es ist halt schon auch ausprobieren und basteln. Beim recherchieren
> der Dimensionierung von Cx und Rx bin ich auch auf keine Formel
> gestoßen.

Bist Du auch sicher, dass der Regler nicht schwingt? Denn dazu sind die 
Bauteile ja da.

Zur weiteren Forschung: mess mal die Spannung am OP-Ausgang. Wird der 
Transistor angesteuert?
Wenn nicht: welchen Transistor hast Du verwendet? Hast Du den mal 
getauscht? Vielleicht hat er eine Macke und hat zuviel Reststrom.

Was sonst noch bleibt, sind "versteckte" Widerstände, an denen durch 
ungewollte Ströme Spannung abfällt und einen Offset erzeugen.

Wir reden hier ja über 0,1Ω * 10mA = 1mV. Die kommen schnell zusammen...

Gruß Dietrich

[Markus S. (marksp)]

Die Ausgangsspannungen der OP's sind relativ stabil.
Mit dem Oszilloskop messe ich dann nur noch das, was ich
als den Ripple des Schaltnetzteils einordne.
Sobald ich minus ein bis minus zwei mV auf den Positiven Eingang lege,
gehen die Ausgänge auch in den negativen Bereich. Die Transistoren 
sperren
dann soweit, dass ich mit dem Mulimeter keinen Strom mehr messen kann.
Der negative Eingang ist wie oben gezeigt über  Rx und den Shunt mit GND 
verbunden. Auch wenn ich den Positiven Eingang über einen variablen 
Widerstand an GND lege, ändert sich so gut wie nichts. Der gemeinsame 
Bezugspunkt der Eingänge liegt genau unterhalb des Shunt.

[Markus S. (marksp)]

Der Transistor, den ich zum messen verwende ist ein IRFP260N.
Zum Betrieb selber eignet sich ein Mosfet, der speziell für den 
Linearmode ausgelegt wurde besser. Allerdings ist der, den ich dafür 
vorgesehen habe teuer und zum messen verwende ich deshalb momentan 
hauptsächlich diesen. Habe es mit dem Linearmode Mosfet aber auch schon 
getestet mit selbem Ergebnis.