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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsgesteuerte Stromquelle


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von VCCS123 (Gast)


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Hey,
hab da malne kleine Frage und zwar bei ner spannungsgesteuerte 
Stromquelle für geerdete Verbraucher.
Aufbauprinzip nach Abb 13.9
hier

Ist der Ausgangsstrom zur Eingangsspannung phasenverschoben?
ich habs simuliert und da ist es 180° phasenverschoben.
Würde auch Sinn machen weil ja ein Teil auf den invertieren Eingang und 
ein Teil des Ausgangsstroms auf den nichtinvertierenden gegengekoppelt 
wird.

Oder hab ich da noch einen Fehler drin?

Bin mit den OPs noch nicht so fitt.

Viele Grüße und Dank im voraus

von VCCS123 (Gast)


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hier die abbildung.
der link scheint nicht zu funktionieren ;)

von VCCS123 (Gast)


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hat niemand eine Idee?

von Woodo (Gast)


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Vo = Ausgangsspannung des OP

V- = Vo/2
auf diesen Wert versucht OP auch den V+ Eingang zu regeln.

Der Strom aus der Ve Quelle ist (Ve-Vo/2)/R1
Spannung über Rl ist 2(Ve-Vo/2) = 2Ve-Vo
Spannungsdifferenz über R ist 2*(Ve-Vo)

Strombilanz am Knoten
2*(Ve-Vo)/R + ilast = (Ve-Vo/2)/R1

ohne Gewähr

von Woodo (Gast)


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zur Phasenverschiebung
eigentlich sehe ich keinen Grund für die Phasenverschiebung
Probiere es mal mit einem idealen OPAMP zu simulieren.

von Falk B. (falk)


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@VCCS123 (Gast)

>Ist der Ausgangsstrom zur Eingangsspannung phasenverschoben?

Nahezu nicht, bestenfalls bei hohen Frequenzen.

>ich habs simuliert und da ist es 180° phasenverschoben.

Falschen Marker im Simulationsprogramm gesetzt, da vertut man sich 
schnell mal mit der Stromrichtung.

Die Schaltung ist ein Klassiker, Howland current source. Interessantes 
Teil für kleine Ströme.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Weblinks_4

MfG
Falk

von Howi (Gast)


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>Die Schaltung ist ein Klassiker, Howland current source. Interessantes
>Teil für kleine Ströme.

Aber nur, wenn die Last genau bekannt ist und man das Teil perfekt 
kompensiert hat (Mitkopplung!). Wird eine varibale Last über Kabel 
unterschiedlicher Länge angeschlossen, kann das Teil zur Katastrophe 
werden!

von Udo S. (urschmitt)


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Howi schrieb:
> Aber nur, wenn die Last genau bekannt ist
???
Dann braucht man keine Konstantstromquelle.

von VCCS123 (Gast)


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Vielen Dank.
Es war tatsächlich nur der Marker ;-)

Ich hab mir I(RL) anzeigen lassen, statt -I(RL).
Jetzt stimmts.

Brauche nur paar Ideen, wie ich das präsentieren kann.

Viele Grüße

von Howi (Gast)


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>> Aber nur, wenn die Last genau bekannt ist
>???
>Dann braucht man keine Konstantstromquelle.

In unserem Fall haben wir versucht eine 4-20mA Stromquelle zu bauen, die 
nominal auf eine 500R Bürde arbeitet. Diese Last war genau bekannt. 
Jetzt kommen in der Regel noch etliche Ohm Kabelwiderstand dazu, die die 
Stromquelle natürlich ausregeln können muß.

Für diese 500R Last und unterschiedliche Kabellängen konnten wir die 
Howland-Stromquelle kompensieren. Als wir aber die Last verändert haben, 
hat das System teilweise geschwungen. Wir haben es nicht geschafft, die 
Howland-Stromquelle für alle in Frage kommenden Lasten und Kabellängen 
zu kompensieren!

Interessanterweise verwendet kein Chip-Hersteller für ihre 
4-20mA-Treiberschaltungen die Howland-Stromquelle...

von Falk B. (falk)


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@  Howi (Gast)

>hat das System teilweise geschwungen. Wir haben es nicht geschafft,

ja, IHR. Allgemein gilt das wohl kaum.

>die Howland-Stromquelle für alle in Frage kommenden Lasten und Kabellängen
>zu kompensieren!

Wahrscheinlich den falschen OPV erwischt, der mit kapazitiven Lasten 
Probleme hat.

>Interessanterweise verwendet kein Chip-Hersteller für ihre
>4-20mA-Treiberschaltungen die Howland-Stromquelle...

Was wohl daran liegt, dass sie für eine 4-20mA Schnittstelle nicht 
nötig, ja sogar nicht nutzbar ist. Denn 1. braucht man keinen 4 
Quadrantenbetrieb, 1 Quadrant reicht. Da macht ein OPV + Transistor 
problemlos. Zweitens hat man nicht die passenenden 
Versorgungsspannungen.

MfG
Falk

von Howi (Gast)


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>Wahrscheinlich den falschen OPV erwischt, der mit kapazitiven Lasten
>Probleme hat.

Dieser Artikel

http://www.edn.com/contents/images/41703di.pdf

beschreibt, daß die Streukapazitäten vom "-" Eingang des Opamp nach 
Masse, vom "+" Eingang des Opamp nach Masse und zwischen den beiden 
Eingängen kritisch sind. Auch geringfügige Unterschiede in den 
Widerstandswerten, die von der Theorie absolut gleich sein müssen, führt 
zur Schwingneigung.

Die Howlandstromquelle ist deshalb kritisch, weil sie in der 
Gegenkopplung (negative Rückkopplung) mit Verstärkungen <<1 arbeitet und 
die Last im Zweig der Mitkopplung liegt.

Der Artikel empfiehlt eine Gegenkopplungskapazität von 1...10pF um 
Schwingneigung zu unterdrücken. Simuliert man das Ganze mal, stellt man 
schnell fest, daß die Geschichte deutlich kritischer ist, als im Artikel 
beschrieben:

Ohne zusätzliche Streukapazität vom "-" Eingang nach Masse, sieht noch 
alles gut aus. Aber mit nur 7pF zusätzlicher Streukapazität fängt die 
Schaltung bereits an zu schwingen.

Erhöhen der Gegenkopplungskapazität auf 33pF unterdrückt die Schwingung. 
Wenn jetzt aber der Anschluß eines 200m Kabels simuliert wird, schwingt 
es wieder. Die Gegenkopplungskapazität muß dann auf rund 100pF erhöht 
werden, um die Schwingung zu unterdrücken.

Ist die Streukapazität vom "-" Eingang des OPamp nach Masse größer als 
7pF (how5.PNG), reichen auch 100pF in der Gegenkopplung nicht mehr. Vor 
allem, wenn jetzt noch eine Streukapazität zwischen den Eingängen des 
OPamp angenommen wird (how6.PNG). Dann muß die Gegenkopplungskapazität 
auf 220pF erhöht werden.

von Falk B. (falk)


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@  Howi (Gast)

>beschreibt, daß die Streukapazitäten vom "-" Eingang des Opamp nach
>Masse, vom "+" Eingang des Opamp nach Masse und zwischen den beiden
>Eingängen kritisch sind.

Gilt für viele OPV-Schaltungen, nix besonderes.

> Auch geringfügige Unterschiede in den
>Widerstandswerten, die von der Theorie absolut gleich sein müssen, führt
>zur Schwingneigung.

Ist Quark. Toleranzen machen zwar die hohe Ausgangsimpedanz deutlich 
schlechter, aber das kann man leicht kalibrieren.

>Schwingneigung zu unterdrücken. Simuliert man das Ganze mal, stellt man
>schnell fest, daß die Geschichte deutlich kritischer ist, als im Artikel
>beschrieben:

Nö. Da ht der OPV ein gehöriges Wort mitzureden. Stichwort interne 
Kompensation.

>Ohne zusätzliche Streukapazität vom "-" Eingang nach Masse, sieht noch
>alles gut aus. Aber mit nur 7pF zusätzlicher Streukapazität fängt die
>Schaltung bereits an zu schwingen.

DIESE Schaltung mit DIESEM OPV in der SIMULATION.

>es wieder. Die Gegenkopplungskapazität muß dann auf rund 100pF erhöht
>werden, um die Schwingung zu unterdrücken.

Nehmen wir an, das wäre so. Wo ist das Problem?

>OPamp angenommen wird (how6.PNG). Dann muß die Gegenkopplungskapazität
>auf 220pF erhöht werden

Klingt mir alles eher theoretisch abstrakt. SOOO empfindlich ist die 
Stromquelle nicht. Und eine Simulation ist weniger als die halbe 
Wahrheit.

MfG
Falk

von Howi (Gast)


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>> Auch geringfügige Unterschiede in den
>>Widerstandswerten, die von der Theorie absolut gleich sein müssen, führt
>>zur Schwingneigung.

>Ist Quark. Toleranzen machen zwar die hohe Ausgangsimpedanz deutlich
>schlechter, aber das kann man leicht kalibrieren.

Ist kein Quark. Daß "Mismatch" der Widerstände der Mit- und 
Gegenkopplung eine negative Widerstands-Charakteristik in der 
Ausgangsimpedanz und damit zusätzliche Instabilität erzeugen kann, steht 
nicht nur in meinem ersten Link, sondern auch hier, auf Seite 3:

http://notes-application.abcelectronique.com/043/43-33550.pdf


>>Ohne zusätzliche Streukapazität vom "-" Eingang nach Masse, sieht noch
>>alles gut aus. Aber mit nur 7pF zusätzlicher Streukapazität fängt die
>>Schaltung bereits an zu schwingen.

>DIESE Schaltung mit DIESEM OPV in der SIMULATION.

Ich habe auch andere OPamps simuliert, mit sehr ähnlichen Resultaten.


>>Die Gegenkopplungskapazität muß dann auf rund 100pF erhöht
>>werden, um die Schwingung zu unterdrücken.

>Nehmen wir an, das wäre so. Wo ist das Problem?

Siehst du das nicht? Wenn einmal 10pF reicht und das andere Mal erst 
220pF, dann können auch Herstellungstoleranzen der OPamps selbst die 
Stabilität beeinflussen. Ein und dieselbe Schaltung funktioniert 
plötzlich nicht mehr, wenn eine neue Charge von OPamps eingesetzt wird. 
Genau das, was wir auch festgestellt haben.


>>Dann muß die Gegenkopplungskapazität auf 220pF erhöht werden

>Klingt mir alles eher theoretisch abstrakt. SOOO empfindlich ist die
>Stromquelle nicht.

Doch, ist sie. Die Howland Stromquelle ist erheblich kritischer als eine 
normale OPamp-Schaltung. Sie arbeitet nur stabil, wenn sie exakt 
abgeglichen und kompensiert ist.

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