Gut geregelte Spannungsquelle?

OP #2394652
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Hallo,

ich habe vor eine Spannungsquelle zu bauen mit einem Spannungsbereich 
von 0,5 bis 5V und einem maximalen Ausgangsstrom von 1A (Dauerstrom).
Das Problem dabei: Die Spannung sollte auch bei Laständerungen von 100mA 
nicht mehr als 1mV schwanken. Die absolute Genauigkeit der Quelle ist 
dabei relativ egal. Zudem soll die Quelle halt über eine Spannung (von 
z.B. einem DAC) gesteuert werden können. Das ganze muss nicht schnell 
sein, also wenn eine Spannungsänderung innerhalb einer Sekunde möglich 
ist, reicht das vollkommen aus.
Als ersten Versuch habe ich die Quelle aus der Schaltung im Anhang 
gebaut, jedoch schwankt diese bei Laständerungen von 20mA bei 1V 
Ausgansspannung bereits um 5mV (siehe 2. Bild).
Hat jemand einen Vorschlag wie ich die Schaltung dahin gehend verbessern 
könnte oder hat noch jemand eine komplett andere Idee?
Bei dem Bild sind alle Kondensatoren zugeschaltet, da damit die 
geringsten Schwingungen erreicht werden (Kanal 2, AC gekoppelt).
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#2394823
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Vermutlich extrem schlechte Masseführung (Last/Signal-Masse überlagern 
sich).
Zeig doch mal den Aufbau/Leiterplatte.
C11/12 soillten sozusagen den Massemittelpunkt bilden, wo Eingangsmasse, 
Ausgangsmasse, Ub-Masse und auch die Masse der Meßgeräte über separate 
Leitungen hingeführt werden sollten (also sternförmige Masseführung)
OP #2394870
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> Einfach und verschwenderisch wäre ein Parallelregler.
Mhhh sehr interessant, werde ich mir mal genauer ansehen. Aber scheint 
mir so als könnte ich da nicht ohne weiteres 1A raus ziehen :D

> Vermutlich extrem schlechte Masseführung
Jap, die ist nicht perfekt :P Die Platine die im Anhang ist die, die ich 
auch geätzt und bestückt habe. Jedoch fehlen dort einige Bauteile, die 
ich nachträglich noch eingebaut habe. Dabei handelt es sich primär um 
Kondensatoren, die alle samt in dem Schaltplan schon drin sind, aber 
eben nicht im Layout. Alles klar? :P
Da die Masse nicht pefekt ist habe ich diese und alle Leitungen wo Strom 
fließt noch verzinnt und die Massen über den Mosfet mit einem Stück 
Leitung gebrückt, so dass die einmal außen rum geht.
Meinst du dass die schlechte Masseführung da so viel aus macht? Wenn ja 
muss ich wohl doch mal ne zweiseitige Platine machen...
#2394922
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Ok, Masse scheint gar nicht so schlecht zu sein aus Sicht von Eingang 
und Ausgang, wenn X5 die zentrale Masse darstellt (auch für die 
Meßleitungen (Masse).
Das gilt aber nicht für die geschaltete Last (T1+R7). Die geht voll über 
die Eingangsmasse.
Dann hast Du ein "Haardrähtchen" für den Ausgang richtung X4, und noch 
dazu irgendwas in Serie dazu, was im Schaltplan nicht mit drin ist, und 
den Spannungsabfall erhöht.
-generell solltest Du Die angewöhnen, Schaltplan+Board zueinander 
konsistent zu halten. Da sieht ja kein Schwein durch, wenn beides nicht 
zusammenpaßt.
Das gilt auch für den Trimmer in der Rückkopplung, wo man wieder nicht 
weis, ob der 0 oder 10kOhm gerade hat.
Erkläre doch mal exakt, wo Du Masse und heise Leitung des Meßgerät 
angeschlossen hast.
#2394947
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Übrigens - diese 5mV bezieht sich doch nur auf den ersten Ausschlag der 
Schwankung, oder? Dann strebt das Ding doch wieder dem Ausgangwert zu 
(naja, vielleicht auf 1mV Abweichung am Ende). Bei einer Settlingtime 
von 15µs lt. DB sollte sich also nach über 10µs der Pegel praktisch 
eingependelt haben.
OP #2394957
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Hoffe das Foto erklärt einiges :)
Also an LOAD hängt nen Frequenzgenerator der mit 100Hz Rechtecke macht. 
Dies wird zusätzlich ans Scope geführt (Kanal 1 auf dem Bild ganz oben). 
SIGIN ist mitm Netzteil verbunden was ca. 1V liefert (das soll später 
nen DAC übernehmen) und SIGOUT geht ans Oszi (Kanal 2 auf dem Bild ganz 
oben)
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OP #2394972
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Jens G. schrieb:
> Übrigens - diese 5mV bezieht sich doch nur auf den ersten Ausschlag der
> Schwankung, oder? Dann strebt das Ding doch wieder dem Ausgangwert zu
> (naja, vielleicht auf 1mV Abweichung am Ende). Bei einer Settlingtime
> von 15µs lt. DB sollte sich also nach über 10µs der Pegel praktisch
> eingependelt haben.

Ja, nur der erste Ausschlag. Über die Settlingtime habe ich auch schon 
gegrübelt, dachte aber das sei nur für Sprünge am Eingang. Wie lange es 
dann dauert bis der Ausgang das auf die Reihe bekommt. Gilt das auch für 
Laständerungen am Ausgang?
#2394999
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Gut, dann hast Du also Ein- und Ausgangsmasse mit den Oszi-Strippen 
gebrückt. Ist nicht so berauschend.
Da Du mit der Schaltung ohnehin nicht zufrieden bist (ich würde sagen - 
mit dem Board), kannste ja paar Korrekturen durch Aufkratzen von 
Leiterzügen hinnehmen, um mal was zu testen:

- Oszimasse nur am Eingang anschließen, und am Ausgang keine 
Masseverbindung zum Oszi herstellen (dort einfach nur den Mittelstift 
des BNC anschließen). Das kann zwar zu ziemlichen "Klingeln" in den 
Oszibildern führen, sollte aber erstmal nicht stören (wir wollen ja nur 
wissen, ob sich der Wert ordentlich einpegelt)
- Masse unmittelbar an T1 auftrennen, und direkt zu X5 führen (Brücke)
- die dünne Strippe zu SIGOUT auftrennen, und von SIGOUT direkt zum 
OPA-Ausgang führen (am besten an R1). Sonste sehen wir dort den von T1 
verursachten Spannungsabfall.

Redest Du eigentlich wirklich nur von 20mA? Oder evtl. 100mA. Im Board 
sind nämlich 10Ohm als Last drin.
#2395006
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>Ja, nur der erste Ausschlag. Über die Settlingtime habe ich auch schon

Achso - das sind dann wohl die Ausgangs-C's, falls die schon aktiv sind. 
Wie mmh schon sagte, mögen OPV's das nicht am Ausgang, so daß er recht 
schnell mit Schwingen anfangen kann (die Anfänge davon sieht man ja 
schon). Daß er nicht wirklich schwingt, liegt möglicherweise an den 
Widerständen der rel. langen Leiterzüge, bzw. ESR der Kondis.
Ich würde die also weglassen, wenn nicht nötig.
OP #2395022
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@Jens:
Ich hatte das auch so im Gefühl, dass die dann eher anfangen zu 
schwingen und habe die C's eingebaut, um kapazitive Lasten zu 
simulieren, musste dann jedoch feststellen, dass das deutlich besser 
wird mit den C's drin.
Und vielen Dank für die Anregungen und Verbesserungsvorschläge, werde 
das morgen in aller Frische mal ausprobieren.
OP #2395506
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Also, ich habe hoffentlich alle deine Ratschläge befolgt. Das Ergebnis 
ist jetzt aber leider nicht direkt viel besser.
Erstmal hat das Rauschen auf dem Kanal deutlich zugenommen, habe das 
Scope nun auf Mittelung von 256 Bildern gestellt, damit man halbwegs was 
erkennen kann ;) Zudem habe ich die Elkos nicht "aktiviert".

Wäre es nicht klüger die Masse des SIGOUT mitm Draht an X5 zu legen und 
dafür die Masse von LOAD nicht zum Oszi zu führen?
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OP #2395551
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Ich habe gerade noch etwas interessantes festgestellt. Wenn ich die BNC 
Buchse LOAD kurzschließe, er also eine Ausgangsspannung von 0V erzeugen 
soll habe ich genau die gleichen Effekte wie bereits zuvor.
Das kann dann ja nichts mit der Last zu tun haben, weil da kein Strom 
fließen sollte. Das muss also noch einen anderen Grund haben.
#2395698
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wenn Du LOAD kurzschließt, kannst Du doch keine Impulse erzeugen. Wie 
soll da so eine Sprungantwort entstehen?

Hast Du auch die Betriebsspannung gegen Masse direkt am IC abgeblockt? 
Und zwar nicht nur mit Elkos, sondern auch mit 100nF Keramik in 
parallel, weil es hier ja schon um etwas höhere Frequenzen geht, wo 
Elkos nicht mehr so gut blocken.

Ansonsten - gleichstrommäßig scheint der das doch schon recht gut 
auszubügeln. Also haben wir wohl keine/kaum Masseeffekte.
OP #2395866
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Sorry, natürlich nicht LOAD sondern SIGIN.
Am OP direkt sind drei 100nF Kerkos und an X5 habe ich von der 
Unterseite nochmal zwei 100uF eingelötet.

Ich habe gerade auch nochmal was anderes sehr interessantes 
herausgefunden. Ich hatte versehentlich vergessen die Spannungsquelle 
einzuschalten, sprich nichts auf der Platine hatte eine Versorgung. Wenn 
ich mir dann mitm Tastkopf (dessen Masse direkt am X5 hängt) die Masse 
am T1 anschaue, habe ich dort eben schönen Peak. Woher kommt das? Es 
dürfte doch dann eigentlich auch kein Strom durch die Leiterbahn 
zwischen T1 und X5 fließen?

Und dann habe ich bei SIGIN=1V und eingeschalteter Versorgung mir den 
Ausgang (also Drain) des Mosfets angeschaut (2. Bild). Das kann ich mir 
auch nicht so ganz erklären, warum steigt die Spannung dort nochmal um 
1V bevor sie dann auf 0V sinkt?
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#2395993
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Das dürfte der Grund sein: über die Gate-Drain-Kapazität koppelst Du 
Störungen aktiv in den OPA-Ausgang ein. Der OPA versucht dann 
gegenzusteuern, und kommt dabei leicht ins Schlingern.
Deine Bilder sind ja im 400ns-Raster - also hat er das innerhalb weniger 
µs ausgebügelt, was ja zur Settlingtime lt DB paßt.
Eigentlich würde ich hier behaupten, daß der OPA seine Arbeit ganz gut 
macht, denn no schnell ist der ja nicht, daß er akurat und sauber solch 
eine schnelle Störung ausbügeln könnte.

Mit einem kleineren Mosfet als dein 44A Typ sollte sich das aufgrund 
geringerer Kapazitäten reduzieren lassen. Oder gleich einen bibolaren 
Transistor (npn) nehmen.
Man könnte auch eine Kaskodeschaltung nehmen, daber das wird dann immer 
komplizierter.
Auf den Lastsprung selber (Delta I) wird er aber trotzdem noch mit 
solchen Spikes reagieren, nur eben vielleicht weniger.
OP #2396008
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Hmm ok, ich werde gleich mal einen kleineren Mosfet einbauen, sofern ich 
hier irgendwo einen finde.
Könnte ich das ganze Problem dann verbessern indem ich den ganzen Quark 
diskret aufbaue, und nen Schnelleren OP nehme? Habe hier irgendwo einen 
LM6211 rumfliegen, der kann meine ich >20V und hat 20MHz GBP und Gain 
ist ja hier 1.
Wenn die Störungen, die dann übrig bleiben deutlich höherfrequent sind 
(momentan liegen die so um die 2,5MHz) könnte man das auch einfacher mit 
nem kleinen LC-Filter wieder raus bekommen.
OP #2396033
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So, habe mal eben den IRFR1205 durch einen 2N7002 ersetzt.
Die Spitze durch die Kapazitive Einkopplung am Drain des Mosfets ist 
nahezu verschwunden bzw. nun ausreichend klein (vielleicht noch 0,5mV 
groß).
Am Ausgang hat sich wie man in der Abbildung sieht nicht sonderlich viel 
getan, es ist sogar noch eine zusätzliche Spitze dazu gekommen. Weiß ist 
der Ausgang (SIGOUT) mit dem IRFR1205, das lilane Signal mit dem 2N7002.
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#2397156
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Etwas merkwürdig, daß beide Ub in dieselbe Richtung "peaken". Kann 
eigentlich nur passieren durch den C, der vermutlich immer noch direkt 
von +Ub nach -Ub geht. Den rausmachen. Und je ein 100n+10...100µ pro Ub 
gegen Masse.
Sind das übrigens Keramik-C's bei den 100n?
#2397173
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achso. -Ub wäre auch interessant gewesen.

Eigentlich macht man keinen C zw. + und -, weil dabei der Massebezug 
fehlt. Deswegen so, wie ich es gesagt habe.
Auserdem könnte solch ein "Über alles"-C ein Schleichpfad für Störungen 
wie solche Spikes sein, ohne die Masse dabei zu konsultieren, so daß 
solche Peaks dann auf der -Ub ebenso sichtbar wären in der gleichen 
Richtung, was dem OPA wie eine floating Betriebsspannung vorkommen 
könnte.
OP #2397181
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So, habe nun die beiden Kondensatoren zwischen den beiden 
Versorgungsspannungen raus genommen. Das ganze hat sich nun etwas 
verschlächtert. Im Anhang ist ein Bild mit der positiven (Kanal 2) und 
der negativen (Kanal 3) Versorgungsspannung.
Auf der negativen tut sich nicht besonders viel, da die halt so gut wie 
nicht benötigt wird, denn ich erzeuge ja nur positive 
Ausgangsspannungen.
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