Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM Stromquelle


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von Martin (Gast)


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Ich hab mir eine kleine Schaltung aus einem OpAmp + Mosfet aus dem Netz 
nachgebaut, wo sie eindeutig als funktionierend beschrieben wird.
Allerdings tut sie das bei mir nicht.
Hab damit meine ersten Gehversuche in LTspice IV getätigt, hinten kamen 
aber bei 50% PWM statt 1A, 1mA raus. Also hab ichs erstmal darauf 
geschoben das ich wohl was im Program falsch gemacht hab. In der 
Realtität mess ich aber jetzt garnichts. Bevor ich mir jetzt nen Ast 
such, nach nem Fehler auf der Platine den es vielleicht garnicht gibt 
(drei mal hab ich schon kontrolliert...) würde ich gerne wissen, ob die 
Schaltung überhaupt funktionieren kann?
Rahmenbedingungen:
Bisher noch ein 5V PWM Signal, wird sich wohl später auf 3,3V ändern. 
Spannung für die Last ist 12V, bei einem maximalen Strom von 2A.

Meine Frage ist jetzt: Was ist falsch an der Schaltung?
Info: R8 ist die Simulierte Last

Danke schonmal!

von Ingo (Gast)


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Anhang!

von Martin (Gast)


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ups... ;)

von MaWin (Gast)


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> Was ist falsch an der Schaltung?

R5 muß0 auf die andere Seite von C3,
und beide Werte muß man an die verwendeten Bauteile (OpAmp, MOSFET) 
anpassen.

von Martin (Gast)


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Okay, hab R5 mal auf die andere seite gepackt, selbes erbenis in 
LTspice. Wie rechne ich die Werte denn aus?

von Martin (Gast)


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Ich hab grad mal noch etwas in LTspice gespielt und dabei ist mir 
aufgefallen, das die Schaltung etwa 5ms brauch um "einzuschwingen".
Ich hab mir das wesentlich schneller vorgestellt! Und mit wesentlich 
meine ich im Bereich von wenigen µs.
Das ist das erstemal das ich so etwas brauche, bzw "genötigt" bin dazu 
das es schnell geht und dann noch Analog.
Hinten dran hängt eine sehr empfindliche Last, die zu dem PWM noch 
zusätzlich gepulsed wird.
Ich hab gesehen das es fertige IC's gibt, aber bisher hab ich nur welche 
bis 500mA gefunden?

PWM ist keine Festlegung, wegen mir kommt da ein DAC rein, hab damit 
zwar auch null erfahrung, aber eine "kann gehen, muss aber nicht" Lösung 
kommt leider nicht in Frage. PWM fand ich halt erstmal schön simpel zu 
nutzen, aber scheinbar nicht wirklich brauchbar für sowas?

von Achim S. (Gast)


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Der LT1001 dürfte sich bei einseitiger Versorgung mit kleinen 
Eingangsspannungen schwer tun (braucht 1-2 V Abstand zur negativen 
Versorgung). Außerdem interpretiert mein LTSpice den Wert "0,22" als 22 
Ohm und nicht als die 0.22 Ohm, die du wohl eigentlich wolltest.

Ansonsten kann ich nur empfehlen, die Simu zu nutzen um die Schaltung zu 
verstehen (nicht für eine "geht" oder "geht nicht" Betrachtung). Das 
tolle an den Simulationen ist doch, dass man an beliebigen Stellen in 
der Schaltung "nachschauen" kann, was schief läuft. Stellt sich am 
Eingang des ersten OPV die erwartete Spannung ein? Schafft es der zweite 
OPV, seine Differenzeinganggspannung auf Null zu halten? Was kommt am 
Gate des FETs an? .....

schöne Grüße

Achim

von Wolfgang (Gast)


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Martin schrieb:
> wo sie eindeutig als funktionierend beschrieben wird.

Was soll sie denn tun und für was für eine Last wurde sie dort 
verwendet?

von Martin (Gast)


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Sie soll als Konstantstromquelle dienen, Last variabel


Ich hab noch ein bischen gespielt in LTspice. Hab die KSQ von dort: 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor 
simuliert.
Mit dem Mosfet passiert nichts obwohl 12V am Gate anliegen!
Der Transistor allerdings schaltet genauso durch, wie er soll und alles 
lässt sich regeln. Ich nutz aus der Libary den "nmos" der direkt im 
Hauptordner liegt. Was läuft hier falsch?

von Michael R. (mexman) Benutzerseite


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Hallo Martin,

sei doch bitte ein bischen klarer in Deinen Aussagen

> Mit dem Mosfet passiert nichts obwohl 12V am Gate anliegen!
> Der Transistor allerdings schaltet genauso durch, wie er soll


Was den nu?

Und Achims
"Ansonsten kann ich nur empfehlen, die Simu zu nutzen um die Schaltung 
zu
verstehen (nicht für eine "geht" oder "geht nicht" Betrachtung). Das
tolle an den Simulationen ist doch, dass man an beliebigen Stellen in
der Schaltung "nachschauen" kann, was schief läuft"

Solltest Du ernst nehmen.....


Gruss

Michael

von Martin (Gast)


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Michael Roek schrieb:
> Hallo Martin,
>
> sei doch bitte ein bischen klarer in Deinen Aussagen
>
>> Mit dem Mosfet passiert nichts obwohl 12V am Gate anliegen!
>> Der Transistor allerdings schaltet genauso durch, wie er soll
>
>
> Was den nu?

Na so wie es da steht. Ich habe die Schaltung aus dem Link einmal mit 
Mosfet aufgebaut und diesen dann zum testen gegen den Transistor 
getauscht.
Der Transistor tut das, was ich erwartet habe, der Mosfet tut nichts, 
bzw er sperrt. Mit dem Transistor kann ich den Ausgangsstrom sehr schön 
regeln.

Ich nehm seine Aussage schon ernst, nur würde ich gerne wissen ob ich 
einen Fehler gemacht habe mit dem Program oder obs an der Schaltung 
liegt. An zwei stellen zu suchen ist immer blöd...


Ich habe die erste Schaltung jetzt mal mit einem Idealen OpAmp getestet. 
Auch hier: Ich messe am Gate des Mosfets volle 12V, trotzdem fließen nur 
1,4mA an der Last. Da stimmt doch irgendwas nicht?

von Achim S. (Gast)


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Martin schrieb:
> Ich messe am Gate des Mosfets volle 12V, trotzdem fließen nur
> 1,4mA an der Last. Da stimmt doch irgendwas nicht?

klingt schon komisch. Welche Spannungen misst du dabei denn an Drain und 
Source? Liegt R7 noch auf 22Ohm (0,22) oder schon auf 0.22 Ohm (0.22)? 
Hast du schon mal den Standard-MOSFet gegen irgendeinen konkreten 
Leistungs-MOSFet aus der Auswahlliste von LTSpice getauscht?

Und wenn der Teil dann läuft wie gewünscht noch ein Kommentar zu:
> Hinten dran hängt eine sehr empfindliche Last, die zu dem PWM noch
> zusätzlich gepulsed wird.
Willst der Stromquelle später die Last wegschalten, oder willst du die 
Steuerspannung der Stromquelle auf Null schalten? Ersteres würde dazu 
führen, dass das Gate des MOSFet beim "Ausschalten" der Last auf die 
Versorgungsspannung hochläuft. Wenn die Last wieder zugeschaltet wird, 
kann erst mal mehr Strom fließen, als es einer "empfindlichen Last" 
guttut.

von Michael R. (mexman) Benutzerseite


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> Mit dem Mosfet passiert nichts obwohl 12V am Gate anliegen!

Wogegen liegen am Gate die 12V an? Gegen GND oder gegen Source?

Gruss

Michael

von Jonas K. (jonas_k)


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Noch einen Tipp zur Geschwindigkeit: Überleg dir mal, wie lang dein TP 
am Anfang braucht, um den Gleichanteil vom PWM durchzulassen :
so ca. < 10ms !!
dann kann die ganze Schaltung natürlich nicht schneller reagieren als in 
5 ms!

von Jonas K. (jonas_k)


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Falls die Übertragungsfunktionen, Bode-Diagramm etc nicht sagen sollten, 
habe ich mal die Sprungantwort von deinem TP geplottet im Anhang

von Martin (Gast)


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Achim S. schrieb:
> klingt schon komisch. Welche Spannungen misst du dabei denn an Drain und
> Source? Liegt R7 noch auf 22Ohm (0,22) oder schon auf 0.22 Ohm (0.22)?
> Hast du schon mal den Standard-MOSFet gegen irgendeinen konkreten
> Leistungs-MOSFet aus der Auswahlliste von LTSpice getauscht?

R7 ist jetzt 0.22Ohm, auch die beiden Kondis mit 6,8nF sind jetzt 6.8nF.
Drain -> GND: 11,993V
Source -> GND: 0,3mV
Gate -> Source: fast 12V
Gate -> GND: 12V

Hab bisher keinen "konkreten" Mosfet gefunden

@Jonas K.:
Ja, das ist mir auch aufgefallen. Wie gesagt, bisher hatte ich nicht 
viel zu tun mit Analogem kram, das meiste war bisher alles Digital oder 
hat halt so funktioniert wie ichs gedacht hab ;)

von Werner (Gast)


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Martin schrieb:
> Ich nehm seine Aussage schon ernst, nur würde ich gerne wissen ob ich
> einen Fehler gemacht habe mit dem Program oder obs an der Schaltung
> liegt.

Tippe auf die Schaltung.

Achim S. schrieb:
> Der LT1001 dürfte sich bei einseitiger Versorgung mit kleinen
> Eingangsspannungen schwer tun (braucht 1-2 V Abstand zur negativen
> Versorgung).

von Michael (Gast)


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Bei LTSpice weis ich es nicht aber bei meinem verwendeten Spice kann der 
Standard-FET nichts. Mach mal auf den FET einen Rechtsklick, dann 
solltest du da ein Modell auswählen können.

von Michael R. (mexman) Benutzerseite


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Michael schrieb:
> Bei LTSpice weis ich es nicht aber bei meinem verwendeten Spice kann der
> Standard-FET nichts. Mach mal auf den FET einen Rechtsklick, dann
> solltest du da ein Modell auswählen können.

Das isses wohl...habe den selben Effekt bei NMOS auch bis ich jeden 
beliebigen "konkreten" Typ waehle.

Gruss

Mcihael

von Achim S. (Gast)


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da es schon ein bisschen spät wird, habe ich mein LTSpice mal 
angeworfen. Mit "Kennlinie.png" kannst du die Übertragungskennlinie 
untersuchen.

"NMOS.png" zeigt das Verhalten des Transistors, den du bisher 
simulierst. "IRF530.png" zeigt das Verhalten eines "echten" Transistors, 
der in der von dir verlinkten Schaltung genutzt wird.

"NMOS" ist als Einzeltransistor offenbar nicht für große Ströme gemacht. 
Den Transistor auswählen kannst du (wie von Michael beschrieben) über 
den rechten Mausklick und "Pick new Transistor".

Dass die Schaltung in der realen Schaltung gar nicht funzt, könnte an 
ungeeigneten OpAmps liegen. Aber da sucht man den Fehler eigentlich 
genau wie in der Simu: nachmessen, was am Eingang des OPV anliegt, 
schauen was der Ausgang macht und wie der FET angesteuert wird, .....

schönen Abend noch

Achim

von Achim S. (Gast)


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es wird wirklich langsam spät.

Sollte eigentlich heißen: "Dass die Schaltung im realen Aufbau bisher 
gar nicht funzt..."

von M. K. (sylaina)


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Achim S. schrieb:
> "NMOS" ist als Einzeltransistor offenbar nicht für große Ströme gemacht.

Der wird schlichtweg die Default-Werte für einen Transistor verwenden. 
Für den Strom maßgeblich (aber nicht ausschließlich) ist der Wert kp 
welcher die Transkonductance beschreibt. Ich hab nie nachgeschaut aber 
aus sicher sinnvollen Gründen ist diese bei 2e-5. ein IRFZ34N z.B. hat 
aber eine Transkonductance von ~11 ;)

von Martin (Gast)


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Danke an euch! Hab den IRF530 ausgewählt, den ich auch in "echt" hier 
liegen hab und jetzt macht die Sim das, was ich erwarte!

Werd mir jetzt auch eine DAC Lösung bauen (müssen). Die Pulse sind nur 
extrem kurz (im bereich 1,5ns-5,5ns), da brauch ich was schnelles ohne 
Glättung und Kondensatoren die sich Laden/Entladen. Mit dem Wissen wie 
man LTspice jetzt halbwegs bedient, komm ich schonmal ne ganze ecke 
weiter und kann nen bisl rumspielen!


Danke nochmal an alle!

von Achim S. (Gast)


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Willst du mit dieser Schaltung wirklich Strompulse von >1A und <10ns 
erzeugen? Das wird nichts werden, auch wenn du einen vorne einen 
superschnellen DAC einsetzt. Schau dir mal im Datenblatt die 
Sprungantwort eines normalen Opamps an, und auf welcher Zeitskala sich 
das abspielt.

Weiter oben hattest du mal was von µs geschrieben, da lohnt es sich über 
eine Realisierung nachzudenken. Aber bei einzelnen ns bräuchtest du 
einen ganz anderen Ansatz (und mir fällt ehrlich gesagt auf Anhieb kein 
funktionierender ein).

Aber erst mal ein bisl mit LTSpice spielen, und ausprobieren, was gehen 
könnte, ist sicher kein Fehler ;-)

Achim

von Martin (Gast)


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Naja, irgendwie muss das ja möglich sein, sag ich jetzt mal so frech.

Eine kleine Idee die mir eben so spontan kam, die Last "umzuschalten". 
Also von meiner normalen, auf eine Fake-Last die so in etwa in dem 
Bereich liegt wie meine richtige last, um das hochregeln der Spannung 
etwas zu unterdrücken, würde das gehen?

Um das mal aufzulösen: Es handelt sich um eine Laser-Diode mit einem 
maximal-Strom von 1,5A, werd sie so bei 750mA betreiben, aber trotzdem 
möchte ich halt die möglichkeit haben "nach oben" zu gehen.
Die 1,5ns-5,5ns sind Werte die im Worst-Case eintreten bei maximaler 
Schaltfrequenz.
Für z.B. die ersten Einstellarbeiten will ich die Leistung auf ein 
Minimum Reduzieren, um das Risiko trotz Laser-Schutzbrille zu 
minimieren.

Vielleicht ist mein denken auch zu kompliziert und es würde eine Analoge 
Schaltung mit festen werten tun, für Minimum, Standart, Maximum.

von Achim S. (Gast)


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an das "Umleiten" des Stroms hatte ich auch schon gedacht, aber was 
richtig schönes ist mir nicht eingefallen. Dann brauchst du aber keine 
Stromquelle mit schnellen DAC und OPV, sondern die Ansteuerung des 
Transistors wäre zeitlich praktisch konstant, und du versuchst sicher zu 
stellen, dass dein Transistor auch bei hohen Frequenzen noch schön 
hochohmig ist. Und zum Umschalten bräuchtest du einen schnellen, 
niederohmigen Umschalter mit make-before-break.

Schnell gepulste Laserdioden treibt man aber meiner vagen Kenntnis nach 
üblicherweise, indem man einen Kondensator definiert auflädt und dann 
mit einem schnellen Schalter über die Diode entlädt. Bei Osram gibts zum 
Beispiel eine Application Note zum Prinzip und mit ein paar 
weiterführenden Links:

http://catalog.osram-os.com/catalogue/catalogue.do;jsessionid=416A1486CB06AD1AD01F7EC8E13156DE?act=downloadFile&favOid=020000020000d802000100b6

(Falls der Link nicht funktioniert: auf der Osram Seite unter "standard 
pulsed laser diodes" nach der 
"Appnote_Operating_SPL_PLxx_03112004-1.pdf" suchen)

von M. K. (sylaina)


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Martin schrieb:
> im bereich 1,5ns-5,5ns

und hier 1A schalten? Also wenn ich nur mal von 0-5ns 0-1A schalten will 
macht das mal ne Steilheit von 200.000.000 A/s...das ist schon 
ordentlich sportlich und bei dir sind 5ns nicht die Anstiegszeit sondern 
die Pulsbreite, d.h. du wirst noch ne viel größere Steilheit brauchen.
Ich glaub nicht, dass das was mit nem OPV was wird und auch ist sicher 
nicht jeder FET dafür geeignet. Den IRF530 kannste dafür z.B. direkt 
vergessen. Schau dir mal seine tr-Zeit an (also die Zeit die er benötigt 
bis er voll eingeschaltet ist vom ausgeschalteten Zustand aus). Die 
liegt bei 34 ns, also deutlich über deiner Pulsbreite, ganz zu schweigen 
von der notwendigen Steilheit. Selbst td(on) ist noch deutlich über 
deiner Pulsbreite wobei man mit der wohl noch eher leben könnte. 
Problematisch wird dann wohl td(off) mit 23 ns (d.h. grob gesagt: du 
sagst dem FET er soll ausgehen und die nächsten 23 ns passiert erstmal 
nix).
Da du noch experimentierst würde ich dir empfehlen erstmal Pulsbreiten 
im µs-Bereich zu erzeugen. Wenn das dann klappt könntest du nach 
Bauteilen suchen, die das dann in den ns-Bereich verschieben...sofern es 
dann überhaupt passende Bauteile gibt.

von Martin (Gast)


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Korrektur:
Ich hab das TAUSENDFACHE an Zeit. Obwohl ich das von drei leuten 
gegenrechnen lassen hab, hat niemand auf die Einheiten geachtet... es 
sind 1,5µs - 5,5µs minimale schaltzeit (genau ausgerechent hab ich es 
noch nicht).
Die Maximale Zeit kann bis >3000µs sein.

Mir kam das alles von anfang an seltsam vor, deswegen hab ichs anderen 
leuten gezeigt, die haben das so bestätigt. Soviel dazu... ;)

von Jens G. (jensig)


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>Martin (Gast)

>Michael Roek schrieb:
>> Hallo Martin,
>>
>> sei doch bitte ein bischen klarer in Deinen Aussagen
>>
>>> Mit dem Mosfet passiert nichts obwohl 12V am Gate anliegen!
>>> Der Transistor allerdings schaltet genauso durch, wie er soll
>>
>>
>> Was den nu?
>
>Na so wie es da steht. Ich habe die Schaltung aus dem Link einmal mit
>Mosfet aufgebaut und diesen dann zum testen gegen den Transistor
>getauscht.

Da steht Müll.
Wann begreift ihr endlich, daß ein Mosfet auch ein Transistor ist?
Das eine ist eben ein MOSFET, das andere, was Du schlichtweg als 
Transistor bezeichnest, ist ein BJT.


>Ich hab das TAUSENDFACHE an Zeit. Obwohl ich das von drei leuten
>gegenrechnen lassen hab, hat niemand auf die Einheiten geachtet... es

Da kannste mal sehen, daß die entweder nix verstehen, oder zumindest 
nicht wirklich da was gegengerechnet haben (haben sich wahrscheinlich 
noch nichtmal damit befaßt).

von Martin (Gast)


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Man kann auch päpstlicher sein wie der Papst... nicht jede Aussage muss 
auf die Goldwaage gelegt werden.
Jeder weiß was gemeint ist/war. Ist ja immernoch ein Forum, keine 
Wissenschaftliche Ausarbeitung.
Genauso gibts keine Batterie im Auto und es heißt auch nicht 
Lichtmaschiene, trotzdem weiß jeder was gemeint ist.


Doch, gerechnet hat jeder, weil ich nur meine Ausgangsdaten gegeben hab. 
Aber irgendwie hat sich der Fehler halt trotzdem eingeschlichen... Naja, 
passiert.

von Jens G. (jensig)


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>Genauso gibts keine Batterie im Auto und es heißt auch nicht
>Lichtmaschiene, trotzdem weiß jeder was gemeint ist.

Doch - es ist eine Batterie, weil sie aus mehreren Zellen besteht.
Und Lichtmaschiene ist einfach ein Rechtschreibproblem.

Mir ging es ganz einfach darum, daß hier offensichtlich manche noch ein 
grobes Verständnisproblem haben, und Mosfets nicht als Transistor 
einordnen.
Ich war übrigens nicht der einzige hier, dem das auffiel - siehe 
Beitrag "Re: PWM Stromquelle" . Und Du hast es 
nicht begriffen, worum es ihm ging - also Verständnisproblem.

von M. K. (sylaina)


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Jens G. schrieb:
> Doch - es ist eine Batterie, weil sie aus mehreren Zellen besteht.

Ich glaub er wollte darauf hinaus, dass es ein Akku ist...lasst doch die 
Spitzfindigkeiten ;)

von Deutschlehrer (Gast)


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... und es heißt: päpstlicher ALS der Papst!

von Martin (Gast)


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Michael Köhler schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Doch - es ist eine Batterie, weil sie aus mehreren Zellen besteht.
>
> Ich glaub er wollte darauf hinaus, dass es ein Akku ist...lasst doch die
> Spitzfindigkeiten ;)

Das geht hier im Forum leider nicht. Hier wird halt erwartet das alles 
auf höchstem Akademischen Niveau läuft und alle anderen sind doof, nur 
man selbst ist fehlerfrei!

von Jens G. (jensig)


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>Das geht hier im Forum leider nicht. Hier wird halt erwartet das alles
>auf höchstem Akademischen Niveau läuft und alle anderen sind doof, nur
>man selbst ist fehlerfrei!

Na nicht doch. Mit akademischem Niveau hat das nix zu tun. Das sind 
einfachste Grundlagen. Ich mache auch gern meine Fehler.
Und daß ich fehlerfrei bin und die andern doof sind, habe ich nicht 
gesagt.
Ich wollte halt nur ein bißchen zur Exaktheit motivieren, denn viele 
Problembeschreibungen sind einfach unveständlich, wenn man 
Begrifflichkeiten auf diesem einfachen Niveau schon 
durcheinanderschmeißt. Da weise ich eben (je nach Stimmung) mehr oder 
weniger unmissverständlich drauf hin.

von Achim S. (Gast)


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Hallo Martin,

nach meinen bisherigen Beiträgen zu deiner Frage nimmst du mir 
vielleicht ab, dass ich nicht aus Spaß am Nörgeln schreibe. Deshalb 
erlaube ich mir die Bemerkung:

Der Hinweis von Michael Roek

>> Mit dem Mosfet passiert nichts obwohl 12V am Gate anliegen!
>> Der Transistor allerdings schaltet genauso durch, wie er soll
>
>
> Was den nu?

war berechtigt, und deine Einschätzung

> Jeder weiß was gemeint ist/war.

trifft zumindest bei mir nicht zu: ich musste deinen Beitrag erst 
mehrmals lesen, und mir dann zusammenreimen, was du damit wahrscheinlich 
gemeint hast.

Je klarer und exakter du den Sachverhalt beschreibst, desto besser 
kommst du den Lesern entgegen, die im Gegensatz zu dir die Hintergründe 
deines Problems nicht im Kopf haben. Ob der Ton von jensigs Beitrag und 
die nachfolgende Diskussion nötig war, ist ne andere Frage, aber das hat 
er ja selbst im letzten Beitrag relativiert.

Noch ein Hinweis zur Sache:
es könnte geschickt sein, während der off-Phase den Strom nicht ganz auf 
Null zu setzen, sondern einen Minimalstrom von z.B. 1mA dauerhaft 
fließen zu lassen. Dann bleibt die Gate-Spannung bei Ut des Fets, und 
beim Einschalten des Pulses sparst du dem Opamp einen entsprechenden 
Spannungssprung von irgendwo bis Ut. Der Spannungsabfall an der 
Laserdiode würde sich beim Einschalten auch nicht ganz so stark ändern, 
so dass der  Miller-Effekts dich nicht so sehr ausbremst. Und außerdem 
machst du dich damit unabhängig von der zufälligen Offsetspannung des 
OpAmps. Denn wenn du genau den Strom 0 vorgibst, dann würde der 
OpAmp-Ausgang in der off-Phase - je nach Vorzeichen seiner 
Offsetspannung - undefiniert entweder bei Ut oder in der negativen 
Begrenzung liegen.

schöne Grüße

Achim

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