Strommessung Spannungserweiterung über virtuellen GND

Markus schrieb:

> wenn man sich die Schaltung ansieht die von TI
> kommt, ich verstehe ehrlich gesagt nicht so ganz
> die Funktionsweise mit dem PNP-Transistor.

Schnellschuss ohne gründliche Analyse: Arbeitet
als Stromquelle.


> Ist die Spannung zwischen Basis und Emitter nicht
> zu gering mit den 0.3V und macht der Transistor
> da nicht komplett zu?

Naja, bei 2µA Kollektorstrom IST er fast komplett zu :)

Die B-E-Strecke ist eine Diode; die hat eine Kennlinie.
100mV mehr oder weniger machen etwa Faktor 10 im Strom;
300mV mehr geben also Faktor 1000. 2µA/2mA ... kommt
ungefähr hin.

Egon D. schrieb:
> Markus schrieb:
>
>> wenn man sich die Schaltung ansieht die von TI
>> kommt, ich verstehe ehrlich gesagt nicht so ganz
>> die Funktionsweise mit dem PNP-Transistor.
>
> Schnellschuss ohne gründliche Analyse: Arbeitet
> als Stromquelle.
>
>> Ist die Spannung zwischen Basis und Emitter nicht
>> zu gering mit den 0.3V und macht der Transistor
>> da nicht komplett zu?
>
> Naja, bei 2µA Kollektorstrom IST er fast komplett zu :)
>
> Die B-E-Strecke ist eine Diode; die hat eine Kennlinie.
> 100mV mehr oder weniger machen etwa Faktor 10 im Strom;
> 300mV mehr geben also Faktor 1000. 2µA/2mA ... kommt
> ungefähr hin.

Hmmm...ich weiß nicht so ganz, ob ich nun schlauer bin Egon ;-)

Der INA ist am Ausgang selbst auch eine Stromquelle, er wandelt eine 
Messspannung in einen Messstrom. Das hat sich mit dem Transistor nicht 
verändert, korrekt.

Aber wie wähle ich anhand mit dem Transistordatenblatt denn diesen aus? 
Ich seh den Bereich 2uA-Kollektorstrom da nicht mehr so richtig.

300mV mehr bedeutet Faktor 1000. Kann nicht ganz folgen...2uA 
Kollektorstrom hat man, wie kommst du auf die 2mA nun?


Gruß,
M

Markus schrieb:
> Aber wie wähle ich anhand mit dem Transistordatenblatt denn diesen aus?

einfach so, dass er die Spannung aushält - dazu ist er ja in der 
Schaltung. günstig wäre noch, wenn die Stromverstärkung nicht zu stark 
von I_C abhängt, weil dadurch der Fehlereinfluss von I_B reduziert wird. 
Aber da lässt sich nicht allzu viel optimieren.

Markus schrieb:
> Ist die Spannung zwischen Basis und Emitter nicht zu gering mit den 0.3V
> und macht der Transistor da nicht komplett zu?

die Spannung nimmt den Wert an, bei dem der gewünschte Strom fließt.

Markus schrieb:

> Hmmm...ich weiß nicht so ganz, ob ich nun schlauer
> bin Egon ;-)

Tut mir leid. Das war wohl doch zu sehr Telegramm-Stil.


> Der INA ist am Ausgang selbst auch eine Stromquelle,
> er wandelt eine Messspannung in einen Messstrom.

Ach, das Ding ist das. Alles klar.


> Aber wie wähle ich anhand mit dem Transistordatenblatt
> denn diesen aus? Ich seh den Bereich 2uA-Kollektorstrom
> da nicht mehr so richtig.

Logo, da sieht man nix mehr im Datenblatt. So weit
'runter geht in der Regel kein Diagramm.

Ich würde nach einem Kleinsignal-Hochvolttransistor
suchen; habe zwar keine konkrete Typ-Empfehlung,
aber ich weiss, dass es das gibt.

2µA Kollektorstrom ist ja praktisch gar nix; da ist ja
die zulässige Verlustleistung fast egal.


> 300mV mehr bedeutet Faktor 1000. Kann nicht ganz
> folgen...2uA Kollektorstrom hat man, wie kommst
> du auf die 2mA nun?

Entschuldigung.

Du hattest Dich über die geringe Basisspannung von nur
0.3V gewundert. Was ich erklären wollte, ist nur: Um
übliche Kollektorströme im mA-Bereich zu erzielen,
braucht man Basisspannungen von ungefähr 600mV.

Da die Basis-Emitter-Strecke eine Diode ist und daher
einer exponentiellen Diodenkennlinie folgt, fällt der
Strom (egal, ob Basisstrom oder Kollektorstrom) bei
einer Verminderung der Spannung um 100mV auf etwa ein
Zehntel:
U_BE von 600mV ergibt Ic in der Größenordnung 1mA,
U_BE von 500mV ergibt IC in der Größenordnung 100µA,
U_BE von 400mV ergibt IC in der Größenordnung 10µA,
U_BE von 300mV ergibt IC in der Größenordnung 1µA.

Kommt also alles hin.

Achim S. schrieb:
> die Spannung nimmt den Wert an, bei dem der gewünschte Strom fließt.

Ich glaub das war einer der entscheidenden Hinweise...habe zwar selbst 
geschrieben dass der INA eine Art Stromquelle ist (Wandlung Messspannung 
in Strom), habe aber dabei nicht mehr beachtet dass eine Stromquelle ja 
die Spannung so setzt, dass der passende Strom fließt. Ich dachte mir 
Immer, woher weiß der INA welche Spannung der Transistor an BE-Strecke 
braucht, dass sein passender Strom fließt :-o

Mit dem anderen hast du recht, je höher die Verstärkung, desto kleiner 
der Ib der dann den Messfehler reduziert.

Egon D. schrieb:
> Kommt also alles hin.

Hi Egon,


danke für deine Erläuterungen. Jetzt versteh ich dich auch ;-) Das sind 
brauchbare Zahlen um in Zukunft sowas abschätzen zu können. Ich arbeite 
zu wenig mit Bipolartransistoren.

Wie ich schon geschrieben habe vorhin, mir war eigentlich nicht bewusst 
dass der INA-Ausgang die Spannung so stellt, dass sein gewünschter Strom 
fließt.

Jetzt hab ich nur noch das Problem, dass ich die Spannung bei Vout auf 
max. 5V begrenzen will, weil dahinter ein ADC eines uC liegt. Der INA 
liefert dann nicht genug Strom für eine Z-Diode, die ich einfach 
parallel reinhängen könnte...

Markus schrieb:
> Jetzt hab ich nur noch das Problem, dass ich die Spannung bei Vout auf
> max. 5V begrenzen will, weil dahinter ein ADC eines uC liegt.

der INA liefert maximal 400uA. wenn du den Arbeitswiderstand nicht 
größer als 12kOhm wählst, werden nicht mehr als 5V am ADC anliegen 
solange der INA nicht zerstört wird.

Egon D. schrieb:
> Ich würde nach einem Kleinsignal-Hochvolttransistor
> suchen; habe zwar keine konkrete Typ-Empfehlung,
> aber ich weiss, dass es das gibt.

In dem verlinkten Designvorschlag steht einer drin: STR2550, kann 500V.

Achim S. schrieb:
> der INA liefert maximal 400uA. wenn du den Arbeitswiderstand nicht
> größer als 12kOhm wählst, werden nicht mehr als 5V am ADC anliegen
> solange der INA nicht zerstört wird.

Hi Achim,


wie kommst du auf die max. 400uA?

Aus den abs. Max ratings (2V differentiell) und gm=200uA/V?

Ich hab aktuell die Schaltung aufgebaut mit dem ext. PNP und 12-Z-Diode.

Allerdings hab ich momentan das Problem, dass mir statt simulierter 
100uA am Ausgang nun 300uA fließe und ich noch nicht genau weiß warum 
;-)


Gruß,
Markuss

Markus schrieb:
> Aus den abs. Max ratings (2V differentiell) und gm=200uA/V?

ja klar.

Markus schrieb:
> Ich hab aktuell die Schaltung aufgebaut mit dem ext. PNP und 12-Z-Diode.
> Allerdings hab ich momentan das Problem, dass mir statt simulierter
> 100uA am Ausgang nun 300uA fließe und ich noch nicht genau weiß warum
> ;-)

dann zeig doch deine neue Schaltung samt Messergebnisse, damit wir den 
Fehler finden können.

Hier mal die Schaltung, bitte die schwarzen Zahlenwerte ignorieren, die 
lila Werte sind die Gemessenen.

Der rechte Teil mit R1,R2, Dioden + ADC hängt hier ebenfalls noch nicht 
dran!

Die Simulationsdaten hab ich grad nicht da, aber da sollten nicht über 
300uA am Ausgang fließen eigentlich...

Hat es irgendwas mit der internen Schaltung vom Ina zu tun vielleicht?

Markus schrieb:
> Hat es irgendwas mit der internen Schaltung vom Ina zu tun vielleicht?

zeig uns bitte deine_ Schaltung und _deine Messergebnisse.

Achim S. schrieb:
> deine_ Schaltung und _deine Messergebnisse

Deswegen hab ich ja die Zeichnung gepostet :-) Lila sind meine 
Messwerte...Ud=40V

Markus schrieb:
> Deswegen hab ich ja die Zeichnung gepostet

upd, sorry. auf dem Handy hatte ich nur deinen späteren Beitrag 
wahrgenommen.

kontrolliere mal, ob du beim pnp nicht Kollektor und Emitter vertauscht 
hat. vielleicht kannst du auch mal dass Messgerät zwischen Ina und pnp 
einschleifen und direkt den Ausgangsstrom des ina messen

ach ja, folgendes noch: die 220Ohm vor D1 verfälschen deinen Messwert. 
aber ich würde erst Mal nicht vermuten dass sie für den überhöhten Strom 
verantwortlich sind.

Achim S. schrieb:
> Markus schrieb:
>> Deswegen hab ich ja die Zeichnung gepostet
>
> upd, sorry. auf dem Handy hatte ich nur deinen späteren Beitrag
> wahrgenommen.
>
> kontrolliere mal, ob du beim pnp nicht Kollektor und Emitter vertauscht
> hat. vielleicht kannst du auch mal dass Messgerät zwischen Ina und pnp
> einschleifen und direkt den Ausgangsstrom des ina messen

hehe...zu kleiner Bildschirm ;-)

Muss ich mal checken mit C und E...Strom kann ich mal versuchen zu 
messen. Aber wo sollte der Strom sonst fließen...hmmm...

Ja die 220 Ohm machen natürlich nen Spannungsabfall, aber trotzdem sieht 
der INA differentiell nur max. die Flussspannung der Diode, deswegen 
verwirren mich die Messergebnisse so...

Markus schrieb:

> Ja die 220 Ohm machen natürlich nen Spannungsabfall,
> aber trotzdem sieht der INA differentiell nur max.
> die Flussspannung der Diode,

Korrekt.


> deswegen verwirren mich die Messergebnisse so...

Kann m.E. nicht sein, was Du gemessen hast. Messfehler,
Schaltungsfehler, kaputter INA...
Mit normaler Physik ist das nicht zu erklären; es dürften
maximal 620mV/5kOhm = 124µA fließen.

und noch ein zweiter Nachtrag: wenn die 1,65V von R_sense an deinem 
INA138 ankommen würden, dann wäre der korrekte Strom durch R_L 330µA - 
also fast genau der Wert, den du misst.

Du glaubst zwar dass du mit den 220Ohm und D1 die Spannung am Eingang 
des INA auf 0,67V begrenzt hast. Aber weil der Wert so genau passt tippe 
ich mal drauf, dass der INA doch die 1,65V am Eingang sieht (nicht die 
durch D1 begrenzten 0,67V).

Achim S. schrieb:

> Du glaubst zwar dass du mit den 220Ohm und D1 die
> Spannung am Eingang des INA auf 0,67V begrenzt hast.
> Aber weil der Wert so genau passt tippe ich mal
> drauf, dass der INA doch die 1,65V am Eingang sieht
> (nicht die durch D1 begrenzten 0,67V).

Das wäre dann die Variante "Verschaltungsfehler".
Ja, scheint mir auch plausibel.

Achim S. schrieb:
> und noch ein zweiter Nachtrag: wenn die 1,65V von R_sense an deinem
> INA138 ankommen würden, dann wäre der korrekte Strom durch R_L 330µA -
> also fast genau der Wert, den du misst.
>
> Du glaubst zwar dass du mit den 220Ohm und D1 die Spannung am Eingang
> des INA auf 0,67V begrenzt hast. Aber weil der Wert so genau passt tippe
> ich mal drauf, dass der INA doch die 1,65V am Eingang sieht (nicht die
> durch D1 begrenzten 0,67V).

ja, du hast Recht...das klingt schon verdächtig...vielleicht wirklich 
ein Fehler im Aufbau. Muss ich mir genauer anschauen!

Markus schrieb:
> verstehe ehrlich gesagt nicht so ganz die Funktionsweise mit dem
> PNP-Transistor.

Klassische Kaskode, um Out des INA vor der hohen (aus seiner GND Sicht 
negativen) Spannung zu bewahren

Markus schrieb:
> ja, du hast Recht...das klingt schon verdächtig...vielleicht wirklich
> ein Fehler im Aufbau. Muss ich mir genauer anschauen!

Ja, habe den Fehler gefunden. Vin+ und V+ waren vertauscht...

Damit gibt das nun Sinn was ich gemessen habe!

Allerdings habe ich die Simulation nun erweitert, da ich gerne mit 100V 
arbeiten möchte und nicht mit 40V.

Um einen Stromfluss zu simulieren habe ich den Rdrain immer geändert. 
Dabei ist mir aufgefallen, dass unter einen gewissen Wert die Schaltung 
komplett verrückt spielt in LTspice. Mit 300R funktionierts noch und mit 
250R nicht mehr?! Es fließen in/aus dem INA auch irre hohe Ströme, ich 
weiß aber nicht woher die kommen...

Man siehts kaum, aber Vout steigt bis auf 90V an und IRout hat fast 
2.4mA. Das dürfte der INA eigentlich nie machen.

Den C1 habe ich einfach mal eingefügt, weil ich sehen wollte ob es mit 
der Versorgungsspannung zu tun hat vom INA, nicht dass diese weg bricht 
und er irgendwas macht. Ändert sich aber nicht viel dran an dem Problem.

Habt ihr ne Idee was hier passiert?