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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Konstantstromquelle, gr Eingangs spg bereich


Autor: Herbert (Gast)
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Hallo,

ich habe folgende Schaltung für eine Konstantstromquelle gefunden: 
(Teilschaltung c)

http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physikalische...

Jetzt habe ich das Problem, dass ich einen gr Eingangsbereich habe.

So von 12 bis 200 V.
Jetzt möchte ich den Strom begrenze auf 50 mA.

Ist das überhaupt möglich?
In meiner Simulation muss ich die Widerstände extrem klein wählen und 
dann passt das nicht mehr mit einer akzeptablen Verlustleistung von ca. 
10 W überein.

Danke für eure Hilfestellungen.

Grüße
Herbert.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Herbert (Gast)

>http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physikalische...

Klassiker.

>So von 12 bis 200 V.
>Jetzt möchte ich den Strom begrenze auf 50 mA.

OK.

>Ist das überhaupt möglich?

Sicher. 200V*20mA= 4W. Ein Transistor in TO220 + kleiner Kühlkörper 
schafft das locker.

>In meiner Simulation muss ich die Widerstände extrem klein wählen und
>dann passt das nicht mehr mit einer akzeptablen Verlustleistung von ca.
>10 W überein.

????

Hier gibt es viele Ideen zum Thema Konstantstromquelle.
 Für deinen Zweck ist das hier recht bauchbar.

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...

Und zwar die Version mit LED oder die mit zwei kaskadierten 
Konstantstromquellen, jeweils auch mit LED.

MFG
Falk

Autor: Herbert (Gast)
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Danke für die Antwort.

Ähm habe ich erwähnt, dass ich danach einen Shunt hinsetzen möchte, der 
dann die Spannung auf µC-passable 5V setzt?

Ist das dann immer noch möglich?

Autor: Herbert (Gast)
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Hallo,

ich habe mal die Simulation angehängt.

Ich habe nun folgendes Problem:

die Spg an R3 beträgt nur 3,8 V und nicht 4,7 (wie ich es mir eigentlich 
erhofft hatte)
Der Strom liegt bei 41 mA - könnte noch ein wenig mehr vertragen.
Verlustleistung an Transistor:8,1 W
Verlustleistung an widerstand R2: 3,3W

Setze ich jetzt die eingangsspg auf 12 V beträgt die Spg nur ncoh 2,8 V 
und der Strom knapp 30 mA.

Was mache ich falsch? Ich steh da irgendwie gerad aufm Schlauch.

Auf Hilfe würde ich mich freuen.

Gruß
Herbert

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Herbert schrieb:
> Was mache ich falsch?

Bei 12V reicht die Stromverstärkung Deines pnp Transitors  nicht mehr 
aus mit einem 12k Basiswiderstand ,)

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Was soll das den werden wenn es mal fertig ist?

Netzteil von 12 .. 200V bei 5V/40mA?

Mal rechnen:

5 * 0.04 = 250mW


Verlustleistung an Transistor:8,1 W
Verlustleistung an widerstand R2: 3,3W

Also zusammen: 11.4W

Fuer sowas wurden Schaltregler erfunden.

Autor: ArnoR (Gast)
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Herbert schrieb:
> Was mache ich falsch?

So ziemlich Alles.
Der Strom durch R ändert sich etwa im Verhältnis 189V/11V=17 und somit 
auch der Strom durch D1 und D2. Deren Durchlassspannung, die hier als 
Referenz dient, ist daher alles andere als konstant. Außerdem fließt 
fast der gesamte "Konstantstrom" durch R3 und daher kann D3 die 
Ausgangsspannung nicht konstant halten.

Autor: Herbert (Gast)
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Hallo,


Andrew Taylor schrieb:
> Bei 12V reicht die Stromverstärkung Deines pnp Transitors  nicht mehr
> aus mit einem 12k Basiswiderstand ,)

Hm, aber ich habe jetzt mal eine Verstärkung von etwa 80 angenommen. Und 
da ich 50 mA brauche, benötige ich an der Basis doch nur Ib=Ic/ß = 
625µA.
Zur Sicherheit lasse ich bei 12 V einfach mal 1 mA fließen.
Dann wäre ich bei Rb= 12/1 = 12 kOhm, oder?
Bzw. wie müsste ich den denn berechnen?

(Simulationsmäßig liegt der Basiswiderstand bei 10 Ohm, damit an R3 4,7 
V abfallen; dadurch schießt die Verlustleistung aber ungemein in die 
Höhe)

Helmut Lenzen schrieb:
> Fuer sowas wurden Schaltregler erfunden.

Ja, das weiß ich auch, aber ich wollte mal testweise es mit einer 
Stromquelle aufbauen, um zu schauen, ob das dann mit Kühlkörper kleiner 
in den Ausmaßen ist als ein Schaltregler.


danke für eure bisherige udn weitere Hilfe.

Gruß
Herbert

Autor: Herbert (Gast)
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ArnoR schrieb:
> Der Strom durch R ändert sich etwa im Verhältnis 189V/11V=17 und somit
> auch der Strom durch D1 und D2. Deren Durchlassspannung, die hier als
> Referenz dient, ist daher alles andere als konstant. Außerdem fließt
> fast der gesamte "Konstantstrom" durch R3 und daher kann D3 die
> Ausgangsspannung nicht konstant halten.

Ok, ich habe jetzt mal die Dioden D1 und D2 durch eine Zener-Diode 
ersetzt.
Des Weiteren habe ich den Strom, der fast ausschließlich durch R3 fließt 
angehoben, so dass die Zener am Ausgang auch noch Strom hat.

Angehängt habe ich mal die modifizierten Schaltungen - einmal mit 12 V 
und einmal mit 200 V getestet.

Aber wie man sieht ist die Verlustleistung sehr stark angestiegen.
Ist das so richtig?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Herbert (Gast)

>Ja, das weiß ich auch, aber ich wollte mal testweise es mit einer
>Stromquelle aufbauen, um zu schauen, ob das dann mit Kühlkörper kleiner
>in den Ausmaßen ist als ein Schaltregler.

???

Du solltest dich mal mit den Grundlagen beschäftigen und nicht nur mit 
LTSpice rumspielen. Ein Linearregler verbrät nunmal die 
Differenzspannung zwischen Ein- und Ausgang Mal Strom als Wärme. Da 
hilft auch eine lineare Konstantstromquelle nicht.

>danke für eure bisherige udn weitere Hilfe.

Lies mal was über Netiquette. BEschreibe dein Problem, nicht deine 
vermeintliche Lösung.

MFG
Falk

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Herbert schrieb:
> Zur Sicherheit lasse ich bei 12 V einfach mal 1 mA fließen.
> Dann wäre ich bei Rb= 12/1 = 12 kOhm, oder?
> Bzw. wie müsste ich den denn berechnen?

Der Querstrom durch einen Basisspannungsteiler wird normalerweise 5..10 
x IB genommen um soche Streuungen zu vermeiden. Sonst bleibt fuer die 
Dioden/Z-Diode doch nichts mehr uebrig.

Autor: ArnoR (Gast)
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Ob Diode oder Z-Diode ist doch egal, auch dort ändert sich der Strom und 
damit die Referenzspannung zu stark. Du solltest eine Doppelstromquelle 
benutzen, dh. R2 durch eine Stromquelle ersetzen.

Autor: Herbert (Gast)
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Aber das Problem habe ich doch schon beschrieben, dachte ich zumidnest.

Ich wollte gerne in einem Eingangspgbereich von 12 bis 200 V
auf ca. 5 V runtersetzen, wobei ein Strom von 50 mA fließt. Und das mit 
Hilfe einer Konstantstromquelle und einer nachgeschalteten Zener-Diode.

Vllt. kann mir jemand eine Hilfestellung in der Berechnung der 
benötigten Widerstände geben, aber so scheint es nicht zu funktionirn.

Danke vielmals.

Autor: ArnoR (Gast)
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Nimm lieber einen Transistor, der mit Widerstand und Z-Diode die Sannung 
auf "konstant" 9V einregelt und dahinter einen 78L05.

Autor: Herbert (Gast)
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ArnoR schrieb:
> Nimm lieber einen Transistor, der mit Widerstand und Z-Diode die Sannung
> auf "konstant" 9V einregelt und dahinter einen 78L05.

Wie kann ich denn die Spannung auf konstant 9V einregeln mit Transistor 
und Z-diode?

Ich hätte das jetzt einfach über Vorwiderstand und Z-Diode gemacht - 
aber das is ja nicht richtig.

Könntest du mir vllt. eine Skizze zeigen?

Danke sehr.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Herbert (Gast)

>Aber das Problem habe ich doch schon beschrieben,

Wo?

> dachte ich zumidnest.

Ein Irrtum.

>Ich wollte gerne in einem Eingangspgbereich von 12 bis 200 V
>auf ca. 5 V runtersetzen, wobei ein Strom von 50 mA fließt.

DAS ist doch mal eine gescheite Aussage.
Und DAS hatten wir vor einiger Zeit schon mal behandelt.

>Und das mit
>Hilfe einer Konstantstromquelle und einer nachgeschalteten Zener-Diode.

Nicht sinnvoll! Denn dann verbrät dein "Netzteil" IMMER die volle 
Energie, auch wenn dein uC & Co nur wenig Strom brauchen.

>Vllt. kann mir jemand eine Hilfestellung in der Berechnung der
>benötigten Widerstände geben, aber so scheint es nicht zu funktionirn.

Du brauchst erstmal ein gescheites Konzept.

Beitrag "Anlauf-Kreis"
Beitrag "Re: Anlauf-Kreis"

MFG
Falk

Autor: ArnoR (Gast)
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Na etwa so:

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  ArnoR (Gast)

>      weit5V.JPG

>Na etwa so:

Nicht wirklich, denn durch den Bipolartransistor hat diese Schaltung die 
gleichen Probleme wie die Konstantstromquelle des OPs, der stark 
schwankende Basisstrom/Z-Diodenstrom. Deutlich besser ist hier ein 
MOSFET, siehe die Links in meinem letzten Posting.

MFG
Falk

Autor: ArnoR (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Deutlich besser ist hier ein MOSFET

Nein, ist er nicht.

Das Problem ist nicht der Basisstrom, denn der ist ja wegen der 
konstanten Last ebenfalls konstant. Der schwankende Z-Diodenstrom ist 
auch nur ein kleineres Problem, weil die Spannung hier ja nicht so 
konstant sein muss, da der 78L05 das ausregelt.

Außerdem würde die Schaltung bei 12V Eingangsspannung nicht mehr richtig 
arbeiten. 7,5V braucht der 78L05 als min. Eingangsspannung, dazu 4,5V 
Ugs sind 12V, was soll da noch über dem Vorwiderstand abfallen? Sein 
Strom wäre fast 0 und die Ausgangsspannung zu klein.

Autor: Herbert (Gast)
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Hallo,

ich habe es mal nachgebaut, aber da scheint die Verlustleistung ja noch 
deutlich größer zu sein, als bei den anderen Versionen.

Woran liegt das?

danke. Ihr seid eine echt große hilfe.

Gruß
Herbert

Autor: ArnoR (Gast)
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Ich glaub es nicht...
Du erzeugst mit der Mosfetschaltung eine bestimmte Ausgangsspannung, die 
du dann der Z-Diode aufzwingst. So geht das nicht.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Herbert (Gast)

>ich habe es mal nachgebaut, aber da scheint die Verlustleistung ja noch
>deutlich größer zu sein, als bei den anderen Versionen.

>Woran liegt das?

Dass du keine Ahnung hast und von Spannungen >12V in der Realität 
erstmal Abstand nehmen solltest.
Mann O Mann!

Die Gesamtverlustleistung ist schlicht V1 * I(V1).

Autor: Herbert (Gast)
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Ok, ich dachte ich könnte die Z-diode einfach als "Ersatz-Linearregler" 
hinterschalten.

Habe sie mal rausgenommen, komme aber immer noch auf eine 
Verlustleistung von ~10W.
Wie berechne ich denn da die Ausgangsspannung, die am Widerstand 
anliegt?

Danke sehr.

Autor: ArnoR (Gast)
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Mit Z-Diode am Ausgang ist die Leistung unnötig hoch, weil durch die 
Z-Diode ja auch ein (ungenutzter) Strom fließen muss, damit sie die 
Spannung stabilisieren kann. Besser ist ein 78L05.
Unter 200V*0,04A=8W, dazu noch ein wenig für die Regelei, also etwa 2W 
bei 200V, insgesamt also ca 10W, kann es nicht gehen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Herbert (Gast)

>Ok, ich dachte ich könnte die Z-diode einfach als "Ersatz-Linearregler"
>hinterschalten.

Falsch "gedacht".

>Habe sie mal rausgenommen, komme aber immer noch auf eine
>Verlustleistung von ~10W.

Und warum ist das so? Mal drüber "nachgedacht". Mal die Ströme und 
Spannungen gemessen?

>Wie berechne ich denn da die Ausgangsspannung, die am Widerstand
>anliegt?

Die Spannung am Source des MOSFET ist ca. Die Nennspannung der Z-Diode 
minus dieh Thresholdspannung des MOSFET, typisch 3-5V.

Macht 5-7V an 100 Ohm, macht 50-70mA. Die fliessen auch durch den 
MOSFET; aber bei 200-5V, macht ~10W. Passt also.

MfG
Falk

Autor: Herbert (Gast)
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Hallo,

danke für die Antworten. Das hat mir jetzt sehr geholfen.

Nochmal zur Berechnung:

Im Datenblatt steht bei dem MosFet:

Gate Threshold Voltage VGS(th) 2.0 V

die Zener hat 10V.

D.h. 10 - 2 = 8V liegen an 100 Ohm, oder?
Dann müssten in etwa 80 mA fließen.

In der Simulation fließen allerdings 52 mA und es liegt eine Spannung 
von 5,2 V an.
Kann es sein, dass dann das Modell falsch ist oder ich den falschen Wert 
aus dem Datenblatt gelesen habe?
http://www.vishay.com/docs/71341/71341.pdf

Danke nochmals.
Gruß
Herbert

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Herbert (Gast)

>Gate Threshold Voltage VGS(th) 2.0 V

Schön, aber das ist ein Nominalwert, der besonders bei MOSFETS stark 
schwanken kann, bis zu 200%!

>D.h. 10 - 2 = 8V liegen an 100 Ohm, oder?
>Dann müssten in etwa 80 mA fließen.

Fast.

>In der Simulation fließen allerdings 52 mA und es liegt eine Spannung
>von 5,2 V an.

Da ist noch deine Diode D6, die schluckt ~0,7V. Wobei die allerdings 
überflüssig ist.

>Kann es sein, dass dann das Modell falsch ist

Falsch nicht, aber halt nicht EXAKT in diesem Wert. Kannst du doch 
messen in deiner Schaltung!

>oder ich den falschen Wert
>aus dem Datenblatt gelesen habe?
>http://www.vishay.com/docs/71341/71341.pdf

Die 2V sind Minimum, real sind es wohl eher 3-4V, zumal der MOSFET für 
50mA schon etwas aufsteuern muss, da braucht man auch etas mehr 
Gate-Source Spannung.

MFG
Falk

Autor: ArnoR (Gast)
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@ Herbert

Ugs(th) ist die minimale Gate-Source-Spannung (die außerdem um den 
Faktor 2 größer sein kann) für Id=250µA, das hat nichts mit dem 
tatsächlichen Arbeitspunkt zu tun.

Nimms mir nicht übel, aber offenbar hast du keine Ahnung, wie die 
eizelnen Bauelemente für sich bzw. in einfachsten Schaltungen zusammen 
funktionieren. Das solltest du erst mal richtig lernen. Ein Simulator 
kann dir das nicht abnehmen und funktionierende Schaltungen erfinden, er 
macht nur was du ihm sagst und das muss schon vernünftig und richtig 
sein.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Im Datenblatt Seite 2, Diagramm unten rechts. Dort sieht man schön, dass 
der MOSFET erst ab ca. 3,5V nennenswert Strom fließen läßt. Und einen 
200V MOSFET sollte man real nicht an 200V einsetzen.

MFG
Falk

Autor: Herbert (Gast)
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@Arnor:

Ich habe nicht die große Ahnung, das stimmt. Ich bin auch dabei erstmal 
ein wenig damit rumzuspielen. (Learning by doing)
Und deswegen bin ich froh, dass es solche tollen Foren gibt wie 
mikrocontroller.net, in denen man so super Hilfestellungen bekommt, wie 
ich.
Man muss es halt nur einmal wissen, wie so etwas funktioniert. ;)

Und nein, ich nehme es dir nicht übel.

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