Hallo!
Ich suche eine möglichst pflegeleichte Standardschaltung für eine
spannungsgesteuerte Stromquelle für kleine Ströme (0-5 mA). Das Problem
dabei ist, dass die Last massebezogen sein soll, d.h. nicht über zB
einen Shunt "hochliegen" soll, wie es bei den meisten Standardlösungen
üblich ist, die ich bisher verwendet habe. Der zweite Punkt ist, dass
der ausgegebene Strom direkt proportinal zur Steuerspannung sein soll
(dh nicht zB proportional zu Ub-Ust oder ähnliches). Kann mir da jemand
einen Tipp geben?
Vielen Dank!
Elvis
wenn man deine Frage bei Google eingibt, zeigt schon der erste Treffer
(Auszug aus dem Tietze-Schenk) eine derartige Schaltung mit
Berechnungsgrundlagen...
Hallo,
ich glaube was du suchst ist vom Prinzip her sowas:
> http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor
Der Soll-Strom wird dabei direkt durch die Spannung am
nicht-invertierenden Eingang des OPV eingestellt. Ist dein Shunt also
z.B. 100mOhm und du möchtest 1A fließen lassen, dann muss die Spannung
auf 100 mV eingestellt werden. Für kleine Ströme halt entsprechend
dimensionieren.
Was den Massebezug angeht, du kannst den Shunt auch über die Last setzen
und dann den Spannungsabfall per Differenz-/Instrumentenverstärker
abgreifen. Der Transistor muss dabei dann natürlich auch als
High-Side-Schalter ausgeführt sein.
Viele Grüße
Daniel
Beitrag "Konstantstromquellen ?"
TL;DR diese Aufgabe bringt immer wieder Elektroniker zum fluchen weil es
da keine tolle, stabile, universelle und einfache Lösung gibt....
hk_book schrieb:> wenn man deine Frage bei Google eingibt, zeigt schon der erste Treffer> (Auszug aus dem Tietze-Schenk) eine derartige Schaltung mit> Berechnungsgrundlagen...
Ja das ist schon richitg, die Ergebnisse die ich da bisher gefunden habe
waren aber alle mit deutlichen Nachteilen behaftet. Die
"Howland"-Schaltung erfordert - soweit ich es verstanden habe - sehr eng
tolerierte Widerstände um nicht völlig zum Mond zu gehen. Eine andere
Schaltungsvariante, ähnlich der Version mit "floatender" Last, Shunt
aber "oben" ändert den Strom abhängig von der Differnenz aus
Betriebsspannung und Steuerspannung, was in meinem Anwendungsfall auch
nicht übermäßig praktisch ist. Kurz und gut: mir fehlt ein wenig das
Fachwissen um wirklich Überblick zu gewinnen. Deswegen frage ich hier,
zumindest einige hier wissen mehr als die ersten 10 Seiten bei Google
...
Daniel H. schrieb:> Was den Massebezug angeht, du kannst den Shunt auch über die Last setzen> und dann den Spannungsabfall per Differenz-/Instrumentenverstärker> abgreifen. Der Transistor muss dabei dann natürlich auch als> High-Side-Schalter ausgeführt sein.
Hm okay, die Schaltungsweise meinte ich grundsätzlich eben. Dann müsste
ich quasi analog noch die Subtraktion der Steuerspannung von der
Bettriebsspnnung durchführen.
Andy D. schrieb:> TL;DR diese Aufgabe bringt immer wieder Elektroniker zum fluchen weil es> da keine tolle, stabile, universelle und einfache Lösung gibt....
Ja okay, das war auch mein erste Eindruck :-). Wenn jemandem trotzdem
noch etwas einfällt: ich bin für alle Tipps sehr dankbar!
Gruß
Elvis
Elvis schrieb:> Hm okay, die Schaltungsweise meinte ich grundsätzlich eben. Dann müsste> ich quasi analog noch die Subtraktion der Steuerspannung von der> Bettriebsspnnung durchführen.
Verstehe ich nicht so ganz. Wenn du es wie vorgeschlagen machst dann ist
die Steuerspannung direkt proportional zu der Spannung, die über dem
Shunt abfallen soll, d.h. U_ctrl = U_shunt. Und wenn du die Spannung am
Shunt per Differenzverstärker auskoppelst musst du auch nichts mehr
abziehen o.ä., da die ausgekoppelte Spannung bezogen auf GND genau der
Spannung entspricht, die über dem Shunt abfällt.
Du müsstest nur dafür sorgen, dass deine Steuerspannung die vorgegebenen
Grenzen einhält. Wenn die Steuerspannung zu hoch ist muss man sie halt
herabsetzen, dafür reicht oftmals schon ein Spannungsteiler.
Daniel H. schrieb:> Verstehe ich nicht so ganz. Wenn du es wie vorgeschlagen machst dann ist> die Steuerspannung direkt proportional zu der Spannung, die über dem> Shunt abfallen soll, d.h. U_ctrl = U_shunt. Und wenn du die Spannung am> Shunt per Differenzverstärker auskoppelst musst du auch nichts mehr> abziehen o.ä., da die ausgekoppelte Spannung bezogen auf GND genau der> Spannung entspricht, die über dem Shunt abfällt.
Ja, die Formulierung war vermurckst, ich meinte was du sagt: ich müsste
die Differenz aus Betriebsspannung und Spannung am Shunt bilden. Das
würde über eine "klassische" Subtrahiererschaltung mit OpAmp
funktionieren, oder? Sorry, bin nicht sonderlich fit in Analogtechnik
... Ich versuche das mal zu simulieren und melde mich dann wieder.
Danke soweit!
Elvis
Klaus Ra. schrieb:> schau Dir besser gleich meine KSQ, die Howland-Schaltung aus> Tietze/Schenk, an. Das spart Zeit.
Der Meinung bin ich mittlerweile auch, die von mir vorgeschlagene
Variante wäre für große Ströme sinnvoll.
Elvis schrieb:> Die "Howland"-Schaltung erfordert - soweit ich es verstanden habe - sehr eng> tolerierte Widerstände um nicht völlig zum Mond zu gehen.
Ich habe mich mal an den hier aufgeführten Gleichungen orientiert:
http://www.elektronikpraxis.vogel.de/analogtechnik/articles/397228/
Parameter wie folgt:
R2 = 10 kOhm
R5 = 2 kOhm
RL = 10 kOhm
Vin = 12V
Ergibt nach Gleichung 3 einen Strom von 4,4mV. Bei Nutzung von 1%
Widerständen erhalte ich damit im worst-case eine Abweichung von 1,4%.
Finde ich jetzt nicht so massiv.
Viele Grüße
Daniel
Danke für die Hinweise! Mir ist nicht klar, in wie weit bei der
Howland-Schaltung der tatsächliche Strom von der Last abhängt. Ich
verstehe die Hinweise so, dass dies der Fall ist, zumal die
Dimensionierung den Lastwiderstand einbezieht (R5 = RL). Grundsätzlich
möchte man doch gerade, dass der Lastwiderstand den Strom nicht
beeinflußt. Ich überblicke nicht, wie stark der Einfluss hier ist.
Bei der Howland Stromquelle hängt der Ausgangswiderstand von der
Genauigkeit der Widerstände ab. Bei einer ungünstigen Last kann die
Schaltung auch instabil werden. Wie groß der Einfluss ist, kann man in
der spice Simulation probieren oder wenn man mag auch von Hand rechnen
(eher nicht so beliebt). So grob 100-1000 mal den Shunt Widerstand kann
man etwa erreichen - mit ausgesuchten Widerständen ggf. auch etwas mehr.
Besser aber auch aufwändiger wird es per P-Kanal MOSFET und der die
klassische Strom quelle nur auf der Positiven Seiten, und eine
Übertragung der Steuerspannung auf die andere Seite (per
Differenzverstärker oder über eine Stromquellen) davor.
Elvis schrieb:> Danke für die Hinweise! Mir ist nicht klar, in wie weit bei der> Howland-Schaltung der tatsächliche Strom von der Last abhängt. Ich> verstehe die Hinweise so, dass dies der Fall ist, zumal die> Dimensionierung den Lastwiderstand einbezieht (R5 = RL). Grundsätzlich> möchte man doch gerade, dass der Lastwiderstand den Strom nicht> beeinflußt. Ich überblicke nicht, wie stark der Einfluss hier ist.
In meinem alten Tietze/Schenk taucht Rlast erst gar nicht in der
Herleitung auf.
Ia = U1 /(R1//R2) bei R3 = R2²/(R1+R2)
Über Google gab es früher Leseproben, sie sind aber anscheinend leider
nicht mehr vorhanden. Als Ersatz habe ich dies hier gefunden, Seite 7-4:
http://www.hhcuno.de/fhhome/pek/pek07.pdf
Widerstände mit 1% Genauigkeit sind heute ja schon Standard. Als
nächstes sollte man danach auf die Temperaturdrift achten. 200ppm sind
schon unterste Kante, man bekommt schon 50ppm fast ohne Aufpreis.
Widerstände mit 0,1% Genauigkeit und 25ppm, bzw. 10ppm gibt es um die
1€.
Im meinen Fall war die Temperaturstabilität wichtig. Ich habe in den KSQ
1%-ige Metallschicht-SMD-Widerstände eingesetzt, die 50ppm hatten. Ich
glaube, ich habe sie sogar von Conrad bezogen. Ein Test mit dem Föhn
zeigte das der Strom konstant blieb.
Die Konstanz gegenüber der Last hängt eigentlich nur vom Regelverhalten
des OPs ab.
Bisher hast Du ja noch keine konkreten Anforderungen zur Stabilität
gemacht. Genaueres kannst Du im Vorfeld nur mittels LTSpice erfahren.
Alles andere ist schauen in die Glaskugel.
mfg klaus.
Wenn es um ein Einzeltück/hochwertiges Messgerät und nicht um
Massenfertigung geht kann man ja alle Widerstände mit einem kleinen
Trimmer in Serie schalten und abgleichen (und alle ggf noch thermisch
koppeln).
Andy D. schrieb:> Wenn es um ein Einzeltück/hochwertiges Messgerät und nicht um> Massenfertigung geht kann man ja alle Widerstände mit einem kleinen> Trimmer in Serie schalten und abgleichen (und alle ggf noch thermisch> koppeln).
Wenn es um wirklich hochwertige Messgeräte geht, würde ich keine
Trimmer verwenden, sondern diese nur benutzen, um den benötigten
Widerstandswert zu ermitteln und anschliessend einen (bzw. zwei)
ausgemessene Festwiderstände einzulöten. Alte Meßtechnikerregel:
Alles, was man *ein*stellenkann, *ver*stellt sich auch von allein.
Gruss
Harald
Deswegen einen kleinen Trimmer in Serie mit einem grossen Widerstand.
Die zweite Regel lautet doch dass sich immer irgendetwas anderes
verstellt sobald man dafür sorgt dass man ebendiese Verstellung nicht
ausgleichen kann :)
