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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Konstantstromquelle


Autor: Christian Schoch (kriki)
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Ich bin auf der Suche nach einer Konstantstromquelle, für die ich 
folgende Daten benötige:

I = ca. 600µA
Spannungsversorgung max. 4V (oder 4,6 bis 6,5 Volt ungeregelt)
Genauigkeit: Strom soll bei einer Last von 0-2000 Ohm konstant bleiben, 
ob 600µA oder 620 µA ist nicht so tragisch ... nur eben ca. +- 0.1uA und 
wenn möglich von der Versorgungsspannung unbeeindruckt.

Falls jemand eine Schaltung vorschlagt mit LM334 ... der ist unterwegs, 
dauert aber leider noch ein bisschen.

Alle anderen Vorschläge, die einen KONSTANTEN Strom im 600µA-Bereich 
ausspucken sind herzlich wilkommen.

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Aja .. und die Last (rein Ohmsch) ist auf Masse bezogen und daran lässt 
sich auch leider nichts ändern.

Autor: Falk (Gast)
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Es gibt ne Schaltung mit OPV.

http://members.tripod.com/michaelgellis/howland.html

MfG
Falk

Autor: willivonbienemaya (Gast)
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ich hab für sowas ma ne schaltung aus dem Tietze/Schenk benutzt. heisst 
spannungsgesteuerte stromquelle. hab die schaltung leider grad nicht da. 
aber vielleicht hilft dir das stichwort schon weiter.

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Wird wahrscheinlich die Schaltung von Falk sein ...

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Falk wrote:
> Es gibt ne Schaltung mit OPV.
>
> http://members.tripod.com/michaelgellis/howland.html


Achtung !

Diese Schaltung funktioniert nur in der Theorie, aber nicht in der 
Praxis !

In der Theorie kann man 2 gleiche Widerstände wegkürzen.

Aber in der Praxis gibt es keine 2 exakt gleichen Widerstände und damit 
ist diese Schaltung gestorben.

Deshalb werden derartige Kompensationsschaltungen selten und nur bei 
sehr geringen Anforderungen an die Stabilität benutzt.


Peter

P.S.:
Falk wollte Dich aufs Glatteis führen.
Ohne Erfahrung kann man aber die Fallgrube in dieser Schaltung kaum 
erkennen.
Daher mag ich sowas nicht.

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Peter Dannegger wrote:
>
> Achtung !
>
> Diese Schaltung funktioniert nur in der Theorie, aber nicht in der
> Praxis !
>
> In der Theorie kann man 2 gleiche Widerstände wegkürzen.
>
> Aber in der Praxis gibt es keine 2 exakt gleichen Widerstände und damit
> ist diese Schaltung gestorben.
>
> Deshalb werden derartige Kompensationsschaltungen selten und nur bei
> sehr geringen Anforderungen an die Stabilität benutzt.
>

Diese Schaltung ist der Grund, warum ich eine neue Stromquelle suche.
ABER:
Im Vergleich mit anderen Schaltungen liegt diese sogar noch sehr gut in 
der Toleranz. Das einzige Probleme dabei ist, dass bei höheren 
(Last-)Widerständen dieser in die Schaltung mit eingeht. Würde sich aber 
noch  durch eine Feinabstimmung (Potentiometer) wahrscheinlich in den 
Grünen Bereic h drehen lassen.

Autor: Sonic (Gast)
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Ich würde dir eine Stromspiegelschaltung vorschlagen (mit CA3046 
NPN-Transistorarray). Dann brauchst du nur noch ein Poti und eine 
Konstantspannungsquelle (Spannungsregler) als Zusatzbeschaltung. Das 
Ganze ist sehr Temperaturstabil und auf Masse bezogen. Habe hier auf 
Arbeit leider die Schaltung nicht parat (krieg's nicht ins's Netz), 
falls aber heute Abend noch Interesse besteht kann ich die Posten.

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Ich weiss nicht ganz, ob wir das selbe meinen:

Der Lastwiderstand ist auf Masse und nicht die Stromquelle/Spiegel.
Ansonsten wäre es auch eine Überlegung wert.

Autor: Sonic (Gast)
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denke schon dass wir das Gleiche meinen: Lastwiderstand: 1 Bein auf 
Masse, das Andere an der Stromquelle. Wie gesagt: werde heut Abend mal 
die Schaltung posten.

Autor: Falk (Gast)
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@Peter

Nanana, das ist aber eine reichlich haltlose Unterstellung. Ich wollte 
niemanden aufs Glatteis führen.

Ausserdem, es gibt NIE ABSOLUT gleiche Bauelemente. Die Frage ist 
schlichtweg, wieviel Toleranz akzeptabel ist 1%? 1 Promille? 10ppm?
Der OP sparch von 0.1 uA bei ~600uA Strom. Macht ~1Promille. Also 
entweder Präzisonswiderstände mit 0.1% oder Trimmer.

MfG
Falk

P.S. OK, ich bin ganz sicher nciht der Analogprofi. Mein Schlachtfeld 
sind eher die FPGAs. ;-)

Autor: dose (Gast)
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Da gibt es eine geiniale Schaltung,

mit einem JFET. Leider kann ich nichts über die Genauigkeit sagen.
Diese Schaltung habe ich für ca. 1mA eingesetzt. Wie weit diese 
Schaltung im uA einsetzbar ist weis ich nicht. Sie ist sehr billig und 
der Strom lässt sich sehr einfach mit einem Widerstand einstellen und 
man benötigt keine weiteren Hilfenergien.

Zur Erklärung:
Der JFet ist ein spezieler Mosfet mit der Eigenschaft, dass er bei 
U_GS=0V leitet. Weiterhin hat der JFet kein isoliertes Gate. Die 
Stromregelung erfolt bei U_GS<0V.  Der leitende Kanal wird dabei 
eingeschnürt. Die Spannung über den Source-Widerstand wird an das Gate 
gelegt und liefert so eine negative Spannung am Gate.
(Bedingung drain ist positver als der Klemmpunkt am Widerstand. Die 
Sromrichtung muss stimmen sonst ist U_GS nicht negativ)

                o
                |drain
      gate _ _|~
           |  |~
           |    |source
           |    |
           |   | |
           |   |R|
           |   | |
           |    |
           L--- |
                o

                | Stromrichtung
                V

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Ich hatte dieses Schaltbild schon mal hier irgendwo gezeigt, eine 
Konstantstromquelle mit geringem Spannungsabfall, hier für eine LED.
Der Strom muß ja nicht gesteuert werde, nur konstant bleiben, das geht 
so einfacher als in Falks Schaltungslink.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Diese FET-Schaltungen haben soweit ich weiß einen ziemlichen 
Spannungsbedarf. Mit nur 4 V könnte es knapp werden.

Autor: Michael (Gast)
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Die Schaltung von Christoph kann man als Vorlage nehmen, wenn man sie 
wie folgt abändert:
R1 = 2k2
T1 = BS250 (p-FET)
ZD = LM336-2,5
Spannungsteiler anpassen für 0,6mA über 2k2
OPAmp TLC271

Anderfalls sorgen die Offset-Drift des OPAmp, die Drift der ZD und die 
Stromverstärkungsdrift des T1 für unstabile Verhältnisse.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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@Falk,

wenn man sich mal die Schaltung ansieht, ist es ja die klassische
Differenzverstärkerschaltung (OPV mit 4 Widerständen) mit dem 
Sensewiderstand am Eingang.

Jeder, der mal nen Differenzverstärker mit Standardwiderständen ohne 
Abgleich aufgebaut hat, wird bestätigen können, wie saumäßig der 
arbeitet, wenn man ne Gleichtaktspannung draufgibt.

Deshalb nehme ich lieber integrierte Differenzverstärker, welche 
aufgrund der gleichen Herstellung und Chiptemperatur der kritischen 
Widerstandspaare viel besser funktionieren.

Wie genau nun die Widerstände matchen müssen, ist von dem benötigten 
Spannungshub abhängig.


Peter

Autor: Christian Schoch (kriki)
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@christoph:

Die Schaltung lag mir auch schon auf der Zunge, habs in PSPICE 
simuliert, hat super ausgeschaut, leider allerdings bisweilen nur in der 
Theorie. Beim Aufbau auf dem Steckbrett hingegen wars dann alles andere 
als Konstant. Werd nochmals checken, obs mein Fehler war oder nicht.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Das ist ein TL061, weil der am Eingang bis zur Betriebsspannung hoch 
funktuioniert, ein LM324 macht das nicht. Rail-to-rail wäre nicht nötig. 
Die 0,1 uA zu 600 uA sind +/- 1/6000 sind schon strenge Fordxerungen, 
dann sollten das schon Präzisionsbauteile sein.

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Hatte einen LM358 und einen OP274 im Rennen ... bringen beide nix.

Das mit 600uA +- 0,1uA stimmt nicht ganz ...
Im Bereich von 600uA ... obs 580 oder 620 sind ist nicht so tragisch - 
aber der Wert muss konstant bleiben.


Hab da mal im Anhang zwei PDF mit den Simulationen ....

Autor: Falk (Gast)
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@ Peter

Schon klar. Aber wie gesagt, wer bei 1 Promille Toleranzanforderungen 
E24 Widerstände nimmt ist selber Schuld. Hier sollte man wohl im Tietze 
Schenk nachschlagen und die Formeln für die Abhängigkeit der 
Gleichtaktunterdrückung vom Missmatch der Widerstände anschauen. Und 
dann entsprechende Bauteile auswählen oder im Ernstfall die Schaltung 
verwerfen.

MfG
Falk

Autor: Christian Schoch (kriki)
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und die zweite

Autor: Andy (Gast)
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ich habe da eine mehrmals erprobte Schaltung, funktioniert sehr gut, 
wurde für LED-Hinterleuchtung eingesetzt.

Autor: Falk (Gast)
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Es war eine Quelle gefragt, bei der der Verbraucher it einem Pin auf 
MASSE liegt.

MFG
Falk



Autor: Christian Schoch (kriki)
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Soooo ... hab nun meine Stromquelle gefunden.

Im groben und ganzen ist es die Schaltung von Christoph. Allerdings mit 
der modifikation, dass beim Ausgang noch ein 10k Pull-Up moniert ist. 
Funktioniert nicht nur in der Simulation sondern auch am Steckbrett. 
Spannungsversorgung ist auf 3.5 V geschrumpft (wegen MAX8880) und 
funktioniert. Als OPV dient ein OP284.

Simulation mit den Werten im Anhang.


Danke für eure Anregungen.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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kapier ich nicht. Am inv. Eingang 1,250V, am nichtinv. 1,830V das ist 
kein eingeschwungener Zustand.

Autor: Michael (Gast)
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Die Vref (1,25V) muß auf +V bezogen werden und nicht auf Masse !!!

Autor: Sonic (Gast)
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OK, hab' den Stromspiegel gefunden. Funktioniert recht temperaturstabil!

Autor: Michael (Gast)
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> recht temperaturstabil!

Ich liebe solche Angaben, zumal eine konkrete Stabilität gefordert wird.
Christian wird sich darüber freuen, daß er nun mit seinen 4,5 - 6 V 
nicht mehr auskommt, sondern ersteinmal 18 V 'einkaufen' müßte.
Ferner: diskret aufgebaute Stromspiegel können nicht viel taugen, da 
alle Halbleiter gleiches Temperaturniveau haben müssen. Nette Schaltung, 
wenn man andere Anforderungen hat und weiß, wo Eingang und Ausgang sind 
:-)

Autor: Joerg Miehle (Firma: TU Wien) (pinning)
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@Christian:
Deine Stromquelle ist ja vom Prinzip her eine spannungsgeseuerte 
Stromquelle. Die verwende ich ab Ströme von 1mA für LED-Testgeräte in 
der Fertigung.
Die Drift hängt stark von der Stab. deiner Referenzspannung (1,25V)ab.
Was für eine Ref. verwendest Du oder möchtest Du verwenden?
Die Spannung am nichtinv. müsste sich doch auch am  inv. Eingang 
einstellen!?

Wie können sich 1,83V einstellen?

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Hab das ganze mal mit dem Multimeter nachgemessen:

+ Eingang: 1.258V konstant (Netzgerät)
- Eingang: 1.578V konstant

Warum am Eingang zwischen + und - 220mV differenz herrschen ist mir 
selber noch nicht ganz klar.

Möglichkeit 1:
Damit der FET regulierend wirk, muss er im Ohmschen Bereich arbeiten. 
Dazu braucht er am Gate eine geringe Vorspannung gegenüber dem Drain 
(Achtung - p-Kanal!). Um die Spannung am aus dem OPV zu locken, braucht 
er eine geringe Differenz zwischen + und -, die sich so einstellt, dass 
der FET mit der Vorspannung soweit leitet, um die nicht benötigte 
Spannung an der Last einzuhamstern.

Möglichkeit 2:
Weil der FET immer einen gewissen Spannungsabfall produziert, schafft 
der OPV es nicht, die Ausgangsspannung auf die 1.25V zu bringen.

Möglichkeit 3:
Offsetspannung  - 220mV sind beim OP284 eher sehr unwahrscheinlich.


@Joerg:
Als Referenzspannung verwende ich einen einstellbaren 
Low-Drop-Spannungsregler (MAX8880-ADJ). Normalerweise wird dort die 
Ausgangsspannung so ausgeregelt, dass(über einen Spannungsteiler) am 
Feedback zwischen 1,23V und 1,28V (typisch 1,25V) anliegen. Direkte 
Rückkopplung ergibt mir am Ausgang die 1,25V.
Voraussetzung für eine gute Stabilität ist, dass der Ausgang so wenig 
wie möglich belastet wird. Bei mir häng ausser dem neg. Eingang des OPV 
nur noch der Referenzeingang eines ADC und der Referenzeingang eines 
ATMEGA16. Also nichts, was einen Strom braucht.
Die Versorgungspannung von 3,5V kommt von einem zweiten MAX8880-ADJ und 
betreibt nur die Stromquelle.



Autor: Christian Schoch (kriki)
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Kleine Korrektur am Rande:

Voraussetzung für eine gute Stabilität ist, dass der Ausgang so wenig
wie möglich belastet wird.

ODER so gleichmäßig wie möglich (konstante Belastung).

Autor: Joerg Miehle (Firma: TU Wien) (pinning)
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Ich denke, dass der FET im ohmschen Bereich arbeitet. Der Op ist gar 
nicht in der Lage den Punkt auf 1,25V zu regeln.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Ein Offset von 220 mV an einem OP heißt der ist kaputt, oder außerhalb 
seines Aussteuerbereichs. Oder er wird als Komparator benutzt, 
jedenfalls nicht im linearen Verstärkerbetrieb.

Autor: Falk (Gast)
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@ Christian Schoch

> Kleine Korrektur am Rande:
> Voraussetzung für eine gute Stabilität ist, dass der Ausgang so wenig
> wie möglich belastet wird.

???

Ist es nicht Sinn einer KONSTANTstromquelle, unabhängig von der 
Belastung des Ausgangs (in gewissen Grenzen, logo) einen konstanten 
Strom zu liefern?

MfG
Falk

Autor: Joerg Miehle (Firma: TU Wien) (pinning)
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Belastung der Referenzquelle war glaube ich gemeint!

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Joerg Miehle wrote:
> Belastung der Referenzquelle war glaube ich gemeint!

Stimmt

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo,
ein FET mit einer Steilheit von über 8 A/V und mehr als 4 A IDmax ist 
imho für eine 600 µA-Stromquelle ziemlich heftig.
Arno

Autor: Christian Schoch (kriki)
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Arno H. wrote:
> Hallo,
> ein FET mit einer Steilheit von über 8 A/V und mehr als 4 A IDmax ist
> imho für eine 600 µA-Stromquelle ziemlich heftig.
> Arno

Daß das überdimensioniert ist, ist mir durchaus bewusst, aber:

1. Hab ich den hier rumliegen und wird zudem ein zweiter schon in der 
Schaltung verwendet.
2. Kleines Gehäuse - SOT23 ... Platz auf der Platine ist Mangelware
3. Kostet pro Stück ca. €0,75 (bei Farnell); bei Masseneinkauf weniger
4. Bleifrei
5. Geringe Ansteuerspannung; geringer Rdson

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo,
es geht nicht nur um die Überdimensionierung der Strombelastbarkeit.
Selbst bei 1 Siemens = 1000 mA/V wäre, um eine Schwankung um 10 µA in 
der Stromquelle hervorzurufen eine Gatespannungsänderung im 
Millivoltbereich nötig. Die Abschnürspannung wird bei einem Drainstrom 
von 250 µA gemessen, das heisst, du arbeitest im Anlaufgebiet mit 
möglichen Nichtlinearitäten. Ob dort nicht auch ein erhöhtes Rauschen 
auftritt, kann ich nicht beurteilen. Es gibt bestimmt auch in dieser 
Preisklasse bessere Kandidaten für deinen Zweck.
Gruß, Arno

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