Schaltung für Stromausgang 0-20mA - benötige mal bitteHilfe

Super! Danke, das werde ich ausprobieren.

Noch eine Frage: mein Ausgang - ich habe die TVS-Diode und den 
Kondensator zum Schutz vor ESD-Entladungen drin. Ist das so praktikabel? 
Ich habe die Schaltung hier im Forum gefunden. Sollte die Induktivität 
lieber vor diese beiden Elemente? Die war vorgesehen, um eventuelle 
Rippel durch was auch immer zu unterdrücken. Nur wenn sie jetzt hinter 
den Schutzelementen ist, kann sie dann durch eine Entladung zerstört 
werden?

Gruß und danke

änderst das zeugs industrietauglich 4..20mA und fertig

Falk Brunner schrieb:
> Nein.

Nein, weil dahinter ist sie richtig? Oder nein, weil sinnlos?

Falk Brunner schrieb:
> Mit 10uH? Eher nicht.

OK, das war erstmal einfach nur eine Zahl. Was währe das Mittel zum 
Zweck?

Falk Brunner schrieb:
> Durch ESD nicht, zu wenig Energie, bestenfalls Surge

Nehmen wir an, es wäre Surge, dann denn? Ich denke ja nur, dass wenn auf 
einmal eine hohe Spannung an der Induktivität anliegt, dann verhindert 
sie den Stromfluss wodurch ggf. diese hohe Spannung direkt über der 
Induktivität anliegt und ggf. überschlägt.

Helmut Lenzen schrieb:
> Noe, eher um HF Einstreung/Abstrahlung zu vermeiden. (Abstrahlung falls
> ein uC in der Schaltunt werkelt)

OK, das meinte ich mit meinen "Rippeln" - es ist ein uC in der 
Schaltung, ja. Hier wieder die selbe Frage...lieber vor dem C und der 
Diode?

dummschwaetzer schrieb:
> änderst das zeugs industrietauglich 4..20mA und fertig

Was soll das bedeuten?

In der Schaltung ist ja eine 3V Zenerdiode, damit der LM358 nicht an 
seiner oberen Rail arbeitet. Dieser Spannungsabfall tritt ja aber erst 
ein, wenn ein Strom durch sie fließt. Kann es Probleme geben mit der 
Regelung, wenn der Strom zu gering ist?

Gruß, Frank

> In der Schaltung ist ja eine 3V Zenerdiode, damit der LM358 nicht an
> seiner oberen Rail arbeitet. Dieser Spannungsabfall tritt ja aber erst
> ein, wenn ein Strom durch sie fließt. Kann es Probleme geben mit der
> Regelung, wenn der Strom zu gering ist?

Naja, ein wenig Strom wird da immer fließen, den Mechanismus hast du 
selbst beschrieben. Möglicherweise ist das die Ursache für:

> Jetzt habe ich jedoch das
> Problem, dass ich nicht bis 0mA herunter komme

Abhilfe durch einen Widerstand von der Anode D700 nach Masse.

Wie hoch ist eigentlich die Betriebsspannung? Warum gibt es nie 
vollständige Angaben?

ArnoR schrieb:
> Abhilfe durch einen Widerstand von der Anode D700 nach Masse.

Stimmt, das ändert ja an der eigentlichen Regelung garnichts. Danke!

ArnoR schrieb:
> Wie hoch ist eigentlich die Betriebsspannung? Warum gibt es nie
> vollständige Angaben?

Sorry! Die Spannung liegt bei 24V. Der LM358 wird auch aus dieser 
gespiesen, der MCP natülrich nicht.

Frank schrieb:
> Die Spannung liegt bei 24V.

Nochmal ein Nachtrag: Nominell 24V. Aber sie kann auch variieren. Die 
Regelung sollte damit ja klar kommen, jedoch stelle ich in der 
Simulation auch eine leichte Betriebsspannungsabhängigkeit fest. Woran 
kann das liegen?

> eine leichte Betriebsspannungsabhängigkeit fest. Woran
> kann das liegen?

Wieder keine Aussage zur Quantität. Eine gewisse Abhängigkeit gibt es 
durch den Early-Effekt, schließlich regelst du den Emitterstrom, aber 
der Ausgang ist der Kollektorstrom.

Frank schrieb:
> Nochmal ein Nachtrag: Nominell 24V. Aber sie kann auch variieren. Die
> Regelung sollte damit ja klar kommen, jedoch stelle ich in der
> Simulation auch eine leichte Betriebsspannungsabhängigkeit fest. Woran
> kann das liegen?

Vielleicht liegt es an den nicht zu kontrollierenden Basisströmen deiner 
Transistoren?

Ich würde beide Transistoren gegen MOSFET-Typen tauschen, deren 
Gateleckstrom kann man praktisch vernachlässigen.

ArnoR schrieb:
> Wieder keine Aussage zur Quantität. Eine gewisse Abhängigkeit gibt es
> durch den Early-Effekt, schließlich regelst du den Emitterstrom, aber
> der Ausgang ist der Kollektorstrom.

Fritz schrieb:
> Vielleicht liegt es an den nicht zu kontrollierenden Basisströmen deiner
> Transistoren?

OK, hier sind mal ein paar Werte und als Bild meine Simulation des 
ganzen:

1

Sollwertvorgabe von 1V

2

3

Versorgungsspannung  Basisstrom T2  Ausgangsstrom

4

12V                  33,53uA        8,72mA

5

15V                  31,9uA         8,72mA

6

20V                  29,5uA         8,73mA

7

24V                  27,84uA        8,73mA

8

30V                  25,66uA        8,74mA

Das mit den Basisströmen kann natürlich sein. Dazu kommt der R7 (wegen 
0mA), welcher hier im Bild jetzt grad mal nicht angeschlossen ist. Der 
Strom durch ihn ist ja auch versorgungsspannungsabhängig.

Falk Brunner schrieb:
> [Deutschlehrer]
> gespeist
> [/Deutschlehrer]

OK, gespeist, sorry!

Fritz schrieb:
> Ich würde beide Transistoren gegen MOSFET-Typen tauschen, deren
> Gateleckstrom kann man praktisch vernachlässigen.

Wie gesagt, ich hatte die Schaltung hier im Netz gefunden, da stand, 
dass Bipolartransistoren nicht so schwingungsanfällig wären. Wenn ich 
nun beide Transistoren gegen FETs tauschen würde, dann bekomme ich beim 
linken natürlich das Problem, dass mein OP eine viel höhere 
Versorgungsspannung als die 3,3V benötigt, welche er zur Zeit bekommt. 
Alternativ hier die zweite Hälfte vom LM358 hin, welcher ja von der 
höheren Versorgungsspannung GESPEIST wird.

Ein Test mit zwei FETs zeigt, dass der Strom konstant bleibt bei 
verschiedenen Versorgungen, sogar der 1M-Widerstand scheint keine 
Auswirkung zu haben. Das kann ich auch nicht so ganz verstehen, oder es 
ist so marginal, dass es nicht auffällt. Oder Denkfehler meinerseits?

Hier ist jetzt nochmal die Simulation mit den FETs. Selbst ein 
LogicLevel-FET reicht mir bei einer Versorgung von 3,3V ja nicht, da 
allein die bis zu 2,5V vom Sollwert schon sehr nahe an den 3,3V sind. da 
blieben ja nurnoch 0,8V zum Aufsteuern. Oder ich muss auch noch die 2,5V 
runterteilen.

Was ist euer Tip? Ist es mit den FETs auch praktikabel? Und dann den OP 
an die höhere Versorgung?

Nochmal ein Nachtrag:

bei 12V Versorgung fließen durch den 1M R7 7,93uA - bei 30V sind es 
25,86uA. Aber am Ausgangsstrom ändert sich nichts. Wird der Strom durch 
die Regelung kompensiert? Ich verstehe das grad nicht.

> Wird der Strom durch die Regelung kompensiert?

Ja. Der Strom durch den 1M nimmt mit der Spannung zu und der Strom durch 
den Fet auch (Kanallängenmodulation). Für konstanten Ausgangsstrom 
müsste der Sourcestrom also etwas verringert werden, genau das bewirkt 
der Widerstand durch Einspeisen in R4.

Hi ArnoR!

Danke für die Erklärung, ich habe jetzt grad mal deinen Text und das 
Schaltbild nebeneinander gehabt, aber ich kann es dennoch nicht 
vollständig nachvollziehen. Die Kanallängenmodulation habe ich jetzt 
grad mal gegooglet und bin auf einen anderen Beitrag hier im Forum 
gestoßen - OK. Aber es klingelt noch nicht.

Bei steigender Versorgung fließt ja mehr Strom durch R7. Dieser Strom 
muss auch an R4 vorbei und generiert da einen größeren Spannungsabfall, 
wodurch die Regelung doch eigentlich "denkt", dass der 
Soll-Asugangsstrom schon fließt - dabei fließt einfach ein Teil am 
eigentlichen Ziel vorbei. Denkproblem...

Helmut Lenzen schrieb:
> Du kannst auch fuer die Transistoren Darlingtontransistoren einsetzen:
> BC516/BC517

Was ist denn generell sinnvoller? FETs oder Bipolartransistoren?

Helmut Lenzen schrieb:
> Wenn
> du aber so fragst hast du wahrscheinlich keinen SA um dort eine Messung
> vorzunehmen.

Was ist ein SA?

Gruß, Frank

Helmut Lenzen schrieb:
> Ich mach da immer Bipos rein.

Welchen Vorteil haben denn die Bipolartransistoren gegenüber den FETs? 
Außer der Ansteuerspannung? Wirkt sich eine so hohe Verstärkung nicht 
negativ auf die Schwingneigung der Schaltung aus? Sorry, für die ganzen 
Fragen, ich bin wirklich sehr dankbar, dass ihr mir helft dabei. Ich 
würde nur am Ende auch gerne verstanden haben, was ich da aufgebaut habe 
und da wäre es auch gut zu wissen, wieso man es jetzt besser so macht 
und nicht anders, obwohl es eben auch anders geht.

Wie gesagt, das mit dem Strom durch R7 hab ich auch noch nicht gerafft 
:-\

Also du würdest bei beiden Transistoren Bipolarvarianten nehmen? Beim 
Darlington-Transistor brauche ich ja dann auch zweimal die BE-Spannung, 
also ca. 1,4V zum durchsteuern. Zusammen mit meinen 2,5V über dem 
Widerstand bin ich auch schon bei 3,9. Also da fällt meine Versorgung 
mit 3,3V auch flach. Es klappt jetzt grad zwar in der Simulation, da 
wird bei 2,5V Eingang der Darlington-Transistor mit 3,21V angesteuert. 
Aber ich habe jetzt auch nur irgendeinen Typ genommen. Das Ergebnis ist 
aber gut - auch hier ändert sich der Strom nicht - auch mit R7.

Hi Falk!

Du hast natürlich Recht - ich simuliere hier mit etwas, dass nicht 
identisch ist. Ich habe meine Simulation neu aufgebaut. Siehe Anhang. 
Das ist jetzt mein Maßstab. Du sagst, die RC-Kombi, welche ja zur 
Unterdrückung der Schwingneigung vorgesehen ist, macht mir hier Probleme 
mit dem 1M-Widerstand? Ich werde es jetzt mal durchsimulieren. Nur 
schonmal der Schaltplan, damit ich sagen kann, auf was ich mich beziehe.

So, jetzt habe ich es mal ein wenig simuliert. Über dem 10k fällt 
natürlich eine gehörige Spannung ab :-\ Das ist schon was anderes. So 
bringt die Schaltung bei 2,5V auch nicht mehr die 22mA wie vorher, 
sondern kommt nurnoch bis knapp 18,xx (mit ANGESCHLOSSENEM 
1M-Widerstand). Ohne diesen fließt durch die Offsetspannungen der OPs 
aber auch bereits ein Ausgangsstrom von 22uA.

Ich bekomme aber auch gleich einen Anfall. Auch ohne den Widerstand ist 
die Schaltung jetzt wieder marginal versorgungsspannungsabhängig mit 
einem Unterschied von 20uA zwischen 12 bis 30V.

Was mache ich hier falsch? Und noch besser: Wie macht man es richtig?

Frank schrieb:
> Du sagst, die RC-Kombi, welche ja zur
> Unterdrückung der Schwingneigung vorgesehen ist

Wozu das gut sein soll verstehe ich nicht? Du bringst keine höhere 
Verstärkung durch den Transistor in die Rückkoppelschleife. Der 
Transistor arbeitet als Emitterfolger daher Spannungsverstärkung ca. 1! 
und kein Problem bezüglich Schwingen.

Bei MOSFETs (meine bevorzugte Variant) ist auch da die 
Spannungsverstärkung < 1, auch kein Problem.

Falk Brunner schrieb:
> Kann es sein, dass dein Prgramm ein Problem mit Änderungen im Schaltplan
> hat und ggf. nicht richtig die Simulation erneuert?

Das denke ich nicht, wieso? Ich benutze übrigens TINA TI.

Fritz schrieb:
> Wozu das gut sein soll verstehe ich nicht? Du bringst keine höhere
> Verstärkung durch den Transistor in die Rückkoppelschleife. Der
> Transistor arbeitet als Emitterfolger daher Spannungsverstärkung ca. 1!
> und kein Problem bezüglich Schwingen.

Aber das ist doch immer die Variante, welche hier im Forum gepredigt 
wird - die Frequenzgangkompensation ist doch anscheinend ein 
ungeschriebenes Gesetz...

Fritz schrieb:
> Bei MOSFETs (meine bevorzugte Variant) ist auch da die
> Spannungsverstärkung < 1, auch kein Problem.

Da scheint ja jeder seine eigene Bevorzugung zu haben. Wo sind denn 
jetzt wirklich die Pros und Contras zwischen BJT und FET?

Eine Sache wäre ja z.B., dass ich bei einem FET genauer regeln kann, da 
kein Strom zur Ansteuerung das Ergebnis verfälscht, Bipolartransistoren 
dagegegen aber besser für den Linearbetrieb geeignet sind.

Und was ist jetzt rein elektrisch? Vom Regelverhalten o.ä.?

> Wie gesagt, das mit dem Strom durch R7 hab ich auch noch nicht gerafft
> :-\

Schau mal hier:
Beitrag "Re: Konstantstromquelle komisch"

> Aber das ist doch immer die Variante, welche hier im Forum gepredigt
> wird - die Frequenzgangkompensation ist doch anscheinend ein
> ungeschriebenes Gesetz...

Und wird von denen gepredigt, die die Sache nicht verstehen, sondern an 
irgendwelche Wundermittel glauben. Ob eine extrene Frequenzgangkorrektur 
nötig ist oder nicht entscheidet das Stabilitätskriterium.

Wenn die Phasendrehung in der Regelschleife unter 180° bleibt, solange 
die Schleifenverstärkung >=1 ist, solange ist die Schaltung stabil. Bei 
so langsamen OPV wie hier, macht der Transistor keine nenenswerte 
Phasendrehung und die Schleifenverstärkung wird (wie Fritz richtig 
sagte) geringfügig verringert. Die Schaltung wird sich etwa so 
verhalten, wie der OPV als Spannungsfolger allein.

Die Stromverstärkung der Transistoren hat keinen Einfluss auf die 
Stabilität, die Instabilität des Emitterfolgers tritt nur bei 
kapazitiven Lasten unter bestimmten Bedingungen auf, was hier nicht 
gegeben ist.

@ Falk Brunner

> Klassischer Irrtum.
>
> Ebenfalls. MOSFETs können böse parasitär schwingen, wenn das Gate
> "komisch" angesteuert wird.

ArnoR ist mir zuvorgekommen und hat dazu alles gesagt.

Anbei eine Schaltung mit MOSFET und sinpler Ansteuerung über 33Ohm und 
OP.
Diese Schaltung hat sich in ca. 2000 gebauten Exemplaren bewährt!

Also ich habe es jetzt so aufgebaut, dass der NPN ein ganz normaler ist 
und der PNP ein Darlington. Das ganze funktioniert jetzt prima auf dem 
Steckbrett. Nichts schwingt und der Ausgangsstrom steht wie ne 1. Auch 
ist der Strom nicht mehr versorgungsspannungsabhängig - AUßER: die 
RC-Kombi kommt da mit rein...dann is Ende mit unabhängig! Das 
funktioniert so leider nicht. Zwischen 12 und 24V habe ich eine 
Stromänderung um fast 300uA, was natürlich garnicht geht. Ich hatte 
jetzt schon nen 10M Widerstand drin. Aber das läuft nicht.

Gibt es hier noch irgendeine andere Variante, wie man es machen kann, 
dass bei 0V Eingangsspannung auch 0,000mA Ausgangsstrom rausbekommt? 
Momentan habe ich in etwa 20uA bei 0V. Gibt es da noch nen Kniff?

> Dam mach im Einzelfall richtig sein, ALLGEMEIN aber NICHT!

Von ALLGEMEIN war auch nicht die Rede, sondern von:

> Bei so langsamen OPV wie hier...

Was ALLGEMEIN gilt hattest du ja nicht zitiert.


> "Die Stromverstärkung der Transistoren hat keinen Einfluss auf die
> Stabilität,"
>
> Stimmt nur im Einzelfall.

Nein, das stimmt für jeden aktuellen Transistor, sofern der OPV den 
notwendigen Basisstrom ohne große Anstrengungen liefern kann.


> " die Instabilität des Emitterfolgers tritt nur bei
> kapazitiven Lasten unter bestimmten Bedingungen auf, was hier nicht
> gegeben ist."
>
> Jaja, und wenn der dann zufällig eintritt, ist das Geschrei groß.

In diesen Stromquellenschaltungen hat der Emitterfolger keine kapazitive 
Last am Emitter und daher ist diese Art Schwingungen hier nicht möglich.

> Also ich habe es jetzt so aufgebaut, dass der NPN ein ganz normaler ist
> und der PNP ein Darlington. Das ganze funktioniert jetzt prima auf dem
> Steckbrett. Nichts schwingt und der Ausgangsstrom steht wie ne 1.


> AUßER: die
> RC-Kombi kommt da mit rein...dann is Ende mit unabhängig!

Was jetzt aber nach deutlich schwingen klingt. Stellt man die 
"Korrektur" falsch ein, so macht das die Schaltung instabiler. Diese 
Korrektur funktioniert also nicht einfach so mit irgendwelchen Werten, 
sondern muss an die Gegebenheiten (OPV, Transistor, Frequenzgang) 
angepasst werden. Das macht man am besten im Simulator und überprüft das 
dann im Aufbau.

Der Darlington ist übrigens keine so gute Idee, die Dinger sind viel 
langsamer als normale Transistoren und mit dem hochohmigen 
Basiswiderstand wird die Phasendrehung dann schon relevant. Am Besten 
nimmt man schnelle Transistoren mit großer Stromverstärkung im 
Arbeitsbereich.

ArnoR schrieb:
> AUßER: die
>> RC-Kombi kommt da mit rein...dann is Ende mit unabhängig!

Scheiße! Tschuldige! Natürlich nicht die RC-Kombi, sondern der 
1M-Widerstand.

Frank schrieb:
> Gibt es hier noch irgendeine andere Variante, wie man es machen kann,
> dass bei 0V Eingangsspannung auch 0,000mA Ausgangsstrom rausbekommt?
> Momentan habe ich in etwa 20uA bei 0V. Gibt es da noch nen Kniff?

Ja da mußt du folgendes machen bezugnehmend auf deine zuletzt gepostete 
Variante.
Im Prinzip muß man den Eingangsoffset irgendwie an einem Eingang von OP4 
ausgleichen. Wenn du einen R von 1M zwischen Pin3 und Pin8 vom OP4 
klemmst kannst du den Offset vom OP4 überkompensieren. Ausgangsstrom 0 
wird dann bei einer kleinen Eingangsspannung sein. Genau kannst du das 
in der SW justieren.

Die ZD 1N3821 würde ich gegen einen LM431 ersetzen. Der hat einen 
wesentlich geringeren differentiellen Widerstand und die Zenerspannung 
ist auf 50ppm/K temperaturstabilisiert.

Fritz schrieb:
> Wenn du einen R von 1M zwischen Pin3 und Pin8 vom OP4
> klemmst kannst du den Offset vom OP4 überkompensieren.

Dann müsste aber die Versorgung wieder konstant sein und das ist ja 
nicht zwingend der Fall. Ist das gleiche Problem, wie einen R nach Masse 
vom negativen Eingang.

Fritz schrieb:
> Die ZD 1N3821 würde ich gegen einen LM431 ersetzen. Der hat einen
> wesentlich geringeren differentiellen Widerstand und die Zenerspannung
> ist auf 50ppm/K temperaturstabilisiert.

Die Zenerdiode ist hier ja nicht, um eine stabilisierte Spannung zu 
bekommen, sondern um einfach einen Spannungsabfall zu erzeugen, damit 
der LM nicht an der positiven Rail arbeitet. Der genaue Wert ist 
ziemlich egal, hauptsache ca. 3V weg von der Versorgung.

Helmut Lenzen schrieb:
> Oder direkt rausschmeissen und einen besseren OP einsetzen der bis an
> die Rail rankommt.

Klar, geht auch, aber der LT1490 is mir zu teuer :-) und der OPA2171 hat 
auch Vcc-2V Eingang

Frank schrieb:
>> Wenn du einen R von 1M zwischen Pin3 und Pin8 vom OP4
>> klemmst kannst du den Offset vom OP4 überkompensieren.
>
> Dann müsste aber die Versorgung wieder konstant sein und das ist ja
> nicht zwingend der Fall. Ist das gleiche Problem, wie einen R nach Masse
> vom negativen Eingang.

Nein eben nicht. Der Strom durch den 1M ist nur abhängig von der 
Zenerspannung und von der Spannung an R10, die ist aber proportional der 
Eingangsspannung. Daher auch der LM431, damit die Zenerspannung konstant 
ist und nicht temperaturabhängig. Wenn du dir diese Spannungen bezogen 
auf + der Versorgungsspannung vorstellst wird das klarer.

Sorry, aber das verstehe ich echt nicht - an Pin 8 vom OP hängt doch die 
Eingangsspannung, welche zwischen 12 und 30V variieren kann. In wie fern 
ist die da dann konstant?

Frank schrieb:
> Sorry, aber das verstehe ich echt nicht - an Pin 8 vom OP hängt doch die
> Eingangsspannung, welche zwischen 12 und 30V variieren kann. In wie fern
> ist die da dann konstant?

Denke von der Versorgung die Spannungen herunter:
und nehmen wir an Ausgangstrom soll 0 sein, dann lasse den Transistor T7 
gedanklich weg, kein Strom durch den Kollektor also keine Funktion.

Nun hast du einen Spannungsteiler 1M und 1k (R10) 1000 : 1 zwischen
Pin8 V+ und der Anode der ZD, folglich hebst du den Pin3 um die 
Zenerspannung / 1000 an.
Die komplette Versorgung geht nicht mehr ein, nur sie muß groß genug 
sein um die Zenerdiode (oder besser LM431) komplett auszusteuern.

Wenn du jetzt aber über den T7 einen Strom I einspeist wird die Spannung 
um R10 * I an Pin3 kleiner. Genaugerechnet müßte man R10 || 1M rechnen.

Hoffe es ist so verständlicher?

Fritz schrieb:
> Hoffe es ist so verständlicher?

Vielen Dank für die Erklärung! So ganz dämmert es mir nicht, aber es 
funktioniert auf jeden Fall! Danke!