Guten Abend,
Ich habe mich nun an meinen 1. Schaltungsentwurf herangewagt, einem
regelbaren Längsregler.
Der Schaltplan befindet sich im Anhang.
Die Spannungsquelle V1 soll später von einem DAC betrieben werden.
Da meine Schaltung offensichtlich noch verbesserungsfähig ist, würde ich
mich freuen, wenn ihr mir Tipps geben könntet.
Mit freundlichen Grüßen
michael
UPDATE: U1 und U3 sollen durch einen Transimpedanzwandler ersetzt
werden,
dieser wird mit V+ und GND versorgt.
Somit kann an der Transistorbasis keine negative Spannung entstehen.
Mfg
michael
Regel 1:
Du sollst nur einen Opamp in der Regelschleife haben.
Regel 2:
Auch die nachfolgende Treiberstufe sollt nur Verstärkung 1 oder weniger
haben.
Wenn du diese beiden Punkte befolgst, dann brauchst du nur noch einen
kleinen C (100pF...xnF) oder C und R(Serienwiderstand) zwischen -Eingang
und Ausgang des Opamps um eine stabile(=nicht schwingende) Regelung zu
bekommen.
Vielen Dank für deine Antwort!
Das heißt, die Schaltung ist von Grund auf neu zu machen, da ich den
BC337 brauche, um vom OPV Pegel von 12V, eine Spannung von 30V für den
Spannungsfolger bereitzustellen.
Dadurch werden mehrer Opamps in der Regelstrecke notwendig, da mir BC337
invertiert. Es wäre jedoch möglich, einen opamp mit 30V Ausgangsspannung
zu verwenden, diesen müsste ich mir jedoch erst besorgen.
Mfg
michael
Helmut S. schrieb:
>Du sollst nur einen Opamp in der Regelschleife haben.
Das ist doch eine klare Ansage, Du machst aber wieder sowas draus:
>Dadurch werden mehrer Opamps in der Regelstrecke notwendig, da mir BC337>invertiert.
Und warum willst Du das?
michi099 schrieb:> Es wäre jedoch möglich, einen opamp mit 30V Ausgangsspannung> zu verwenden, diesen müsste ich mir jedoch erst besorgen.
Der LM324 kann aber schon +/-13V oder 26V bei unsymmetrischer Speisung.
Ausserdem sehe ich gar nicht, wo du die grosse Ausgangsspannung
brauchst, denn der BC337 wird schon bei 0,7V an der Basis voll
durchsteuern.
spontan schrieb:>>Dadurch werden mehrer Opamps in der Regelstrecke notwendig, da mir BC337>>invertiert.>> Und warum willst Du das?
Möchte ich auch wissen. Wenn du bei dem Komparator am Anfang deiner
OpAmp Kette einfach die Eingänge tauchst, bist du eigentlich schon
fertig, vorausgesetzt, du kriegst die Regelschwingungen in den Griff.
michi099 schrieb:> Ich habe mich nun an meinen 1. Schaltungsentwurf herangewagt, einem> regelbaren Längsregler
Du hast noch nicht viel Regelungstechnick gelernt, deine Schaltung wird
nicht regeln sondern schwingen, weil du über Phasenkompensation noch
nicht nachgedacht hast.
http://www.ti.com/lit/an/slod006b/slod006b.pdf
@Matthias Sch.
Das Problem ist, dass wenn ich den BC337 weglassen würde, müsste ein
opamp die 30V für die Basis vom 2N3055 bringen, da dieser ja als als
Spannungsfolger arbeitet.
Wenn ich +/- umdrehe habe ich ja trotzdem noch ein Pegelproblem.
@MaWin
Mit deiner Feststellung liegst du richtig, wir haben in Elektronik
gerade die Grundglieder gelernt. In Steuerungs- und Regelungstechnik
beginnen wir, wie du bemerkt hast erst mit Regelungstechnik.
Ich danke dir für den Link. Den werd ich mir im Laufe des Tages genauer
ansehen.
Das heißt, die Verstärkung vom BC337 dürfte auch max 1 sein?
Mfg
michael
michi099 schrieb:> Das heißt, die Verstärkung vom BC337 dürfte auch max 1 sein?
Nein, das heisst, du musst die zusätzliche Verstärkung die er bringt
auch zusätzlich kompensieren.
michi099 schrieb:> Das heißt, die Verstärkung vom BC337 dürfte auch max 1 sein?
Dann kannst du aber deinen Leistungstransistornicht voll aussteuern,
also muss er mehr als 1 verstaerken. Besser du sucht dir einen OP der
eine hoehere Betriebsspannung kann, das macht das Leben einfacher.
Der LM324 verträgt bis 32 V Versorgungsspannung - das reicht je nach
Schaltung bis etwa 27 V am Ausgang.
Etwas zusätzliche Verstärkung im Regelkreis ist erlaubt, nur sollte die
nicht zu groß werden, und eher konstant sein. Der Transistor in
Emitterschaltung hat je nach Arbeitspunkt eine andere Verstärkung und
ist ggf. auch noch relativ langsam.
Die grobe Faustregel für so eine Regelschleife ist, möglichst wenig
Elemente in der Schleife und nur an einer Stelle mit hoher Verstärkung
richtig langsam für die Kompensation. Die anderen Teile der
Regelschleife sollten recht schnell sein.
Erstmal Danke für die vielen tollen Rückmeldungen!
1. Um etwaige Missverständnisse zu unterbinden:
Ich möchte nicht an meiner Schaltung festhalten, sondern ein Verständnis
für den Schaltungsentwurf entwickeln, deswegen hier noch Fragen zu euren
Empfehlungen/Feststellungen, um Klarheit zu erhalten.
Zusammenfassend:
-Zu viele Glieder in der Regelstrecke (Nichtinv. Verst., Inv.Verst., BJT
mit hFE von min. 300), der 2N3055 ist jedoch OK, da V<1
Ohne den Invertierenden Verst. wäre die Schaltung ja Mitgekoppelt,
richtig?
Nun kann man eine Gegenkopplung durch Rückkoppeln auf + beim
Nichtinvertierenden Verstärker erreichen (natürlich dann ohne Nichtinv.
Verstärker), richtig?
@Marek Walther
1. Danke für die Schaltung! Es ist bei dieser Schaltung aber auch eine
Spannung von ~30V an der Basis vom Darlington notwendig, aber dennoch
eine Überlegung wert.
Nun zur Simulation der Schaltung (mit Spannungsfolger hatte LTSpice
Timestep-Probleme, deswegen hier ohne), beim Param.Sweep treten auch bei
einigen Widerstandswerten TimeStep-Fehler auf. Im Bild: grün: 10ohm,
blau: 50 ohm, rot: 200ohm ,hellblau: 10kohm
@MaWin
Mit kompensieren meinst du vermutlich Gegenkoppeln? Als in den Emitter
noch R||C oder nur C rein? Ist das einzige was mir jetzt einfällt (vom
Transistor als Verstärker).
@Helmut Lenzen
Vermutlich wird es auf einen OPV mit größerer Ausgangsspannung
hinauslaufen, oder ich nehme den LM324 in Single-Supply wie von Ulrich
vorgeschlagen.
@Ulrich
Das heißt, der Transistor muss auf jedenfall gegengekoppelt betrieben
werden?
Zur Faustregel: In meinem entwurf ist also der BC337 der langsamste, da
die OPVs ja keine hohe Verstärkung haben und so die Bandbreite groß ist
(-->GBW)?
Liege ich da mit meiner Überlegung richtig, dass das größte Problem der
BC337 mit seinem großen hFE ist?
Mit freundlichen Grüßen
michael
michi099 schrieb:> regelbaren Längsregler.
Das ist natürlich schon eine recht seltsame Wortkonstruktion.
Du meinst vermutlich einen einstellbaren Längsregler. :-)
Gruss
Harald
@ michi099
Das hauptsächliche Problem an deiner Schaltung ist die zusätzliche
Spannungsverstärkung, die der BC337 in die Rückkoppelschleife des
Regel-OPV U2 einbringt. Weitere Faktoren sind die Phasendrehung des
anderen OPV, die des Leistungstransistors und die der nicht
eingezeichneten, aber immer auftretenden, kapazitiven Last. Das alles
zusammen führt zum Erfüllen der Schwingbedingung.
Eine Stromgegenkopplung im Emitter des BC337 reduziert zwar die
Spannungsverstärkung, aber dann sind kleine Ausgangsspannungen nicht
möglich. Die Wirkung ist also begrenzt. Der Ausgangsspannungsteiler
trägt auch zur Reduktion der Schleifenverstärkung bei.
Man kann über R4 einen kleinen Kondensator legen und mit der dadurch
erzielten Phasenvoreilung die schädliche Phasendrehung bzw. die zu hohe
Verstärkung etwas kompensieren.
Aber schließlich wirst du die Schaltung mit solchen Maßnahmen nicht
stabil bekommen, sondern musst den Regel-OPV durch Beschaltung als
Integrator extrem langsam machen, damit die Schleifenverstärkung bei
erreichen der 180° Phase auf unter 1 gefallen ist.
Es ist ziemlich ungeschickt, erst eine unnötige Verstärkung in der
Regelschleife zu erzeugen und die dann umständlich wieder zu beseitigen
bzw. zu kompensieren. Nicht umsonst werden Netzteile so aufgebaut, wie
Marek Walther es gezeigt hat.
michi099 schrieb:> Mit kompensieren meinst du vermutlich Gegenkoppeln?
Ja.
> Als in den Emitter noch R||C oder nur C rein?
Nein, bei deiner Schaltung sicher nicht so einfach.
Und auch statisch ist die Schaltung Murks. Die Kombination aus R2 und Q1
erlaubt keine vernünftige Steuerung des Leistungstransistors. Bei großen
Ausgangsspannungen ist der Strom durch R2 sehr klein und damit auch der
Ausgangsstrom. Bei kleinen AUsgangsspannungen ist der Strom durch Q1
sehr groß. Besser als R2 ist also eine Konstantstromquelle, aber die
vergrößert die Spannungsverstärkung von Q1 und damit die dynamischen
Probleme...
Vielen Dank für die großartige Hilfe!
@ArnoR
Super Erklärung! Vielen Dank. Nun freue ich mich immer mehr auch auf den
Schulunterricht, wo wir in der kommenden Zeit in Regelungstechnik
unterrichtet werden.
@MaWin
Auch dir nochmal vielen Dank für die Erklärungen.
Das heißt die (für mich) beste (einfache) Lösung ist einen OPV, welcher
~30V Uaus schafft (single supply...) und auf den Darlingtonverstärker.
Nun habe ich noch eine 'persönliche' Frage:
Habt ihr das entwerfen von Regelkreisen in der Arbeit gelernt, oder
lernt man das auch (für praktischen Einsatz) auf einer Uni/FH?
Diese Frage stelle ich, da mich dieser Bereich fasziniert. Ich habe nun
noch ca. 1 Jahr in der HTL und muss ja nun schon langsam zu überlegen,
wie es weitergehen soll und für mich kämen alle Optionen in Frage...
Über eine Antwort zu diesem OT wäre ich noch sehr dankbar.
Mit freundlichen Grüßen
michael
Danke für deine Auskunft.
Nun bin ich wunschlos glücklich ;)
Ich möchte mich nochmal herzlich für eure kompetenten Antworten
bedanken!
Außderdem wünsche ich noch allen einen angenehmen Abend.
Mit freundlichen Grüßen
michael
Ich habe vergeblich versucht herauszufinden, welchen Strom Du regeln
willst.
Mal gibt es 100Ohm (30V/100Ohm=0,3A)
mal gibt es RLoad...
Im Bereich von 0,3A brauchst Du keinen 2N3055. Ein Darlinton aus der
TIP-Reihe reicht da völlig aus.
Bei einem "richtigen" Ausgangsstrom solltest Du beachten, dass der
2N3055 eine Stromverstärkung so zwischen kaum und wenig hat.
Dein Treiber kann zwar theoretisch 800 mA, hat's aber nicht so mit der
Verlustleistung in seinem Plastikhaus.
Hallo Amateur,
Geregelt werden sollte die Spannung von RLoad, der Leistungstransistor
arbeitet als Spannungsfolger --> Kollektorschaltung (V~1,
Leistungsverstärkung), der BC337 sollte die Basisspannung von bis zu 30V
zu Verfügung stellen, da kein OPV, welchen ich zu Hause habe, eine
Ausgangsspannung von 30V schafft.
Ich bin nun zu dem Schluss gekommen, dass ich entweder nur bis ~27V gehe
(siehe Posting von Ulrich), oder mir einen OPV mit höherer möglicher
Ausgangsspannung besorge.
Verwendet wird nun die von Marek Walther vorgeschlagene Schaltung.
Mit freundlichen Grüßen
michael
Ach Sorry, ich glaube ich habe dich etwas missverstanden.
(Wie ich diese Missverständnisse hasse!)
Die Schaltung soll die Funktion einer veränderbaren
Konstantspannungsquelle haben. Es sind also auch noch kleinere
Widerstände möglich.
Mit freundlichen Grüßen
michael
Die Spannungen im System sind eine Sache, die Ströme eine andere.
Willst Du z.B. eine Last von 30 Ohm anschließen, was bei 30V einem Strom
von 1 Ampere entspricht (Dank an Herren Simon Ohm), so muss Dein
Treibertransistor etwa 100 mA Dauerstrom liefern können.
Schließt Du, bei einer Ausgangsspannung von 3 Volt, einen Widerstand von
3 Ohm an, so kommt Dein Treiber richtig ins Schwitzen. >=2,5 (Watt auch
immer).
Schau mal ins Datenblatt - oder auch nicht.
Die Schaltungsvariante mit der schwebenden Versorgung gibt es auch.
Allerdings hat die eine eher nicht so gute Stabilität, weil der
Endstufen-Transistor in Emitterschaltung arbeitet, auch wenn es erst
anders aussieht.
Für den Anfang ist das dann eher etwas zu kompliziert.
Solange zu Verstärkung hinter dem OP nur klein ist (also etwa 2 fach)
und auch genügend schnell ist, stört sie noch nicht so sehr. Viel wird
schon einfach durch den Teiler am Ausgang ausgeglichen. Das erfordert in
der einfachen Form einfach eine Gegenkopplung am Transistor und dafür
ggf. eine negative Versorgung für den OP.
Noch etwas besser kann man es machen, wenn man die Spannung hinter der
Stufe zur Spannungsverstärkung mit in die Rückkopplung am OP einfließen
lässt. Ein OP für geringe Spannung und 2-3 Transistoren mit etwas
Verstärkung ersetzen dann einen OP für Hohe Ausgangsspannung. Ganz
trivial ist das allerdings auch nicht, weil auch die lokale Schleife
instabil werden kann.
Ayk N. schrieb:> Wie wäre es mit der Schaltungsvariate?
Über der Stromquelle T3/T4 liegt immer eine relativ konstante Spannung.
Wozu dann eine Stromquelle nehmen? Ein Widerstand reicht!
Gruß
Jobst
Laengsregler.png
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