Guten Abend, ich versuche mich seit geraumer Zeit in die Regelungstechnik einzuarbeiten und setze mich momentan mit Linearreglern auseinander. Dabei lese ich viel darüber, schaue mir etliche Schaltungsbeispiele an und baue hinterher auch einige von diesen auf, um die Funktion dieser Regler zu verstehen. Nun bin ich aber an einem Punkt angelangt, an dem ich nicht mehr weiter komme. Ich versuche jetzt seit einigen Stunden eine ordentliche Konstantspannungsquelle aufzubauen, doch irgendwie funktioniert das nicht so, wie ich es mir vorstelle. Die Schaltung dazu findet sich im Anhang. Dieses Schaltungsbeispiel finde ich überall im Netz, in Unterlagen und Büchern wieder. Ein OPV als Komparator mit einer Referenzspannung am nichtinvertierendem Eingang und die Ausgangsspannung am invertierendem Eingang. Dieser Steuert einen Transistor so lange durch, bis beide Eingänge gleiche Spannungen haben. Soweit, so gut, das ist ja die Aufgabe. Doch WIESO nimmt man hierfür einen Komparator, der ja bekanntlich nur zwei Zustände kennt und keinen Differenzverstärker? Nirgends finde ich auch nur eine Schaltung, in der ein echter Differenzverstärker mit Rückkopplungswiderstand und dem ganzen Schnick-Schnack die Ausgangsspanunng mit der Referenzspannung vergleicht und demnach die Differenz ausgibt! Die Schaltung im Anhang schaltet in der Praxis den Transistor bloss abrupt ein oder aus, je nach dem, welche Referenz- bzw. Ausgangsspannung am OPV anliegt. In meinen Augen sollte sich aber die Spannung an der Basis vom Transistor nur linear mit den Spannungen am OPV-Eingang ändern. Sehe ich das richtig? Selbst in den Unterlagen meines linearen Labornetzteils ist diese Grundschaltung mit dem Komparator zu finden und doch funktioniert es so, wie es soll. Bitte klärt mich auf! Verstehe ich etwas falsch? Was tut diese Schaltung genau?
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>Soweit, so gut, das ist ja die Aufgabe. Doch WIESO nimmt man hierfür >einen Komparator, der ja bekanntlich nur zwei Zustände kennt und keinen >Differenzverstärker? Nirgends finde ich auch nur eine Schaltung, in der Wer sagt denn, das dies ein Komparator mit nur zwei Zuständen sein soll? Das ist ganz einfach ein normaler OPV mit begrenzter Verstärkung, der nicht hart schalten soll, sondern linear verstärken soll. (letztendlich ist aber eigentlich jeder Komparator auch nur ein OPV).
... das hier ist kein "2 Punkt Komparator" .... Jeder Operationsverstärker IST ein Differenzverstärker. Letzte Woche gab es hier einen ellenlangen Thread über die Gegenkopplung und woher die Formel eines nichtinvertierenden Verstärkers kommt. Die obige Schaltung ist ein Spannungsfolger. Lapidar ausgedrückt verstärkt der OP die Differenz zwischen den beiden Eingängen so lange bis die Differenz 0 geworden ist, danach fällt der Ausgang etwas ab und somit wird die Ausgangsspannung der Schaltung am Emitter minimal kleiner wodurch die Differenzspannung an den beiden Eingängen des OPs wieder nicht 0 ist und wieder verstärkt ! (holprig ausgedrückt). Sinkt nun - bspw. durch eine erhöhte Last - die Spannung am Emitter, so ist auch die Spannung am -Ue gesunken. Es entsteht eine Differenzspannung an beiden Eingängen die so weit verstärkt wird, bis die Differenzspannung wieder 0 ist ! Die Schaltung bilder also somit den wohl einfachsten P-Regler ! Die Referenz ist die Zenerdiode die auch durch eine "richtige" Spannungsreferenz ersetzt werden kann. Anderst (und noch holpriger) ausgedrückt: Am +Ue Eingang liegt die Referenzspannung an. Der OP verstärkt (ins Positive oder Negative) so lange, bis die Differenz an beiden Eingängen = 0 ist . Die Rückführung ist die Gegenkopplung. Würdest Du bspw. in die Gegenkopplungsleitung einen 1K Widerstand einfügen der am -Ue Eingang auch mit einem 1K Widerstand gegen GND verschaltet wäre, hättest du nach VU= (R1/R2)+1 die doppelte Referenzspannung am Ausgang !
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Nochmal zum Verständis: Der Stromkreis vom OPV-Ausgang über die Basis-Emitterstrecke zurück zum invertierenden Eingang stellt die Gegenkopplung dar? Oder habe ich wieder einen Denkfehler? Im Anhang sind drei Schaltungen: -Schaltung 1 ist die jenige, die bei mir wie ein Komparator mit zwei Zuständen gearbeitet hat. Die Masse der Versorgung des OPV lag dabei auf dem invertierendem Eingang. -Schaltung 2 funktioniert nun korrekt und arbeitet als Spannungskonstanter. Hier wurde die Masse der Spannungsversorgung des OPV auf die Masse des Leistungsteils gelegt. -Die etwas fülligere dritte Schaltung ist eine Prinzipskizze aus den Unterlagen meines Labornetzteils. Der rot gekennzeichnete Stromkreis ist identisch mit Schaltung 1, welche wie o.g. nicht korrekt funktioniert. Dabei speist die Spannungsversorgung oben links (4) die beiden OPV. Wenn also die Schaltung 1 mit der der Unterlagen identisch ist, wieso funktioniert diese dann nicht ordnungsgemäß? Gibt es da noch etwas zu beachten?
... Schaltung 1 ... mit GND am -ue und GND am Emitter KANN ÜBERHAUPT NICHTS GEMACHT HABEN. Mit der Differenz an den Eingängen "fährt" der OP am Ausgang seine Spannung bis +UB. Diese Spannung steuert den Transistor komplett auf... und weil dann zwischen Betriebsspannung und GND kein Widerstand mehr liegt ist der Strom so groß, dass der Transistor verbrannt ist.... Kann nicht gegangen sein. Ob die Schaltung aus dem Netzteil so stimmt ???? Keine Ahnung, die ist wohl selbst gezeichnet weil sehr unübersichtlich und durch die roten Linien nicht sehr viel zu sehen. Da es wohl ein Doppelnetzteil ist, geh ich davon aus dass es 2 identische Schaltungen sind. Hier wäre dann die 2te Trafowicklung von Interesse ... und vor allem was das für ein Bauteil ist, das mit "3" beschriftet ist ... Guck ich mir morgen noch einmal an.... Allerdings hab ich einen "bösen Verdacht" gerade im Moment ...
Der Denkfehler ist in der Namensgebung begründet. Ein Komparator ist nichts anderes als ein OP, der darauf optimiert wurde auch ohne Gegenkopplung, also bei maximaler Verstärkung nicht zu schwingen.
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Ralph S.: Du hast hier etwas fehlverstanden! Ich habe in Schaltung 1 ganz sicher nicht GND, sondern *A*GND mit dem Emitter verbunden. Schau mal genau hin! Und AGND ist in meiner Schaltung nicht mit GND verbunden. Bei dieser Schaltung hatte ich wie gesagt ab einer Bestimmten Spannung einen abrupten Sprung von 0V auf Umax an Ua - also wie bei einem Komparator ohne Gegenkopplung. Womit müsste ich nun AGND, also die Masse der Versorgungspannung des OPV, in der Schaltung verbinden, damit diese einwandfrei funktioniert? Bei Schaltung 2 habe ich das Phänomen, dass Ua maximal so groß ist wie etwa die Sättigungsspannung vom OPV. Dabei liegt Uq sehr viel höher! Wie schafft da Abhilfe? Widerstand zwischen AGND und GND? Zum Anhang: Zu erkennen eine Komparatorschaltung, die U1 mit U2 vergleicht. Ist die eine größer als die andere, springt der Ausgang auf 0V oder Umax. Richtig? Und nichts anderes sehe ich in den ganzen Labornetzteil-Schaltplänen. U1 ist die Referenzspannung und U2 der Abriff am Emitter zum Messen der Ist-Spannung. Und was ich hier eben nicht verstehe: Was bewirkt, dass sich die Spannung an der Basis in den Labornetzteilschaltungen nicht sprunghaft sondern linear ändert? Oder ist das doch nur ein invertierender Verstärker, der seine Ausgangsspannung senkt, sobald die Spannung am invertierendem Eingang steigt?
mario m. schrieb: > Zu erkennen eine Komparatorschaltung, die U1 mit U2 vergleicht. Ja. > Und nichts anderes sehe ich in den ganzen Labornetzteil-Schaltplänen. Doch. Eine Komparatorschaltung hat keine Gegenkopplung. Die bei Netzteilen verwendete Verstärkerschaltung schon. Deshalb ist deren Verstärkung eindeutig definiert und es gibt keine Sprünge. Vielleicht wird Dir das eindeutiger, wenn Du den OPV weglässt, und Du nur den Transistor selbst in Kollektorschaltung betrachtest. Gruss Harald
mario m. schrieb: > Und nichts anderes sehe ich in den ganzen Labornetzteil-Schaltplänen. Du übersiehst in Deinem geschriebenen die Rückkopplung vom Ausgang, was das Ganze zu einer Regelung macht - womit es kein Komparator mehr ist. mario m. schrieb: > U1 ist die Referenzspannung und U2 der Abriff am Emitter zum Messen der > Ist-Spannung.
>Du hast hier etwas fehlverstanden! Ich habe in Schaltung 1 ganz sicher >nicht GND, sondern *A*GND mit dem Emitter verbunden. Und genau diese Beschaltung ist völliger Murks! Schau doch mal, wo die Masse der Referenzdiode D1 hängt. Damit zwingst du dem Eingang des OPamp eine riesige Differenzspannung auf, die er niemals ausregeln kann. Der Ausgang des OPamps gibt dabei rund +10V als Dauerpegel aus. Was soll diese Schaltung bewirken? Sie ist völlig unsinnig! >Dieses Schaltungsbeispiel finde ich überall im Netz, in Unterlagen und >Büchern wieder. Ein OPV als Komparator mit einer Referenzspannung am >nichtinvertierendem Eingang und die Ausgangsspannung am invertierendem >Eingang. Dieser Steuert einen Transistor so lange durch, bis beide >Eingänge gleiche Spannungen haben. Aber das ist doch kein Komparator, sondern ein ganz normaler OPamp!
he he die Regelkreisverstärkung ist zu groß und deshalb spielt der OPV Komperator Verringere den P-Anteil und dann wird er irgendwann regeln und nicht nur schalten
Den einzigen Komperator, den ich in der Schaltung sehe, ist der OP-Amp Nr. 1 in der Strombegrenzungs-Schaltung. Am Poti R28 wird eine separat stabilisierte positive Hilfsspannung abgenommen u. auf den nicht invertierten Eingag des OP1 gegeben. Bei ansteigender Last des Verbrauchers steigt auch der Spannungsabfall über R10 u. damit die Spannung am invertierenden Eingang des OP. Wird diese Spannung nun positiver als die abgegriffene Referenzspannung, geht die Ausgangangspannung des OP gg. Masse u. "klaut" dem Längsregeltransistor die Basisspannung u. damit den Steuerstrom. Der max. Ausgangsstrom wird dadurch auf den voreingestellten Wert begrenzt. Der OP-Amp 2 ist ein typischer Spannungsfolger: Fortsetzung folgt bei Interesse. fredl
Kai Klaas schrieb: > Und genau diese Beschaltung ist völliger Murks! Schau doch mal, wo die > Masse der Referenzdiode D1 hängt. Damit zwingst du dem Eingang des OPamp > eine riesige Differenzspannung auf, die er niemals ausregeln kann. Der > Ausgang des OPamps gibt dabei rund +10V als Dauerpegel aus. Was soll > diese Schaltung bewirken? Sie ist völlig unsinnig! Okay, ich sehe jetzt ein, dass die Schaltung nicht funktionieren kann, ja! Aber wieso eine "riesige Differenzspannung"? In dieser Schaltung liegt D1 auf AGND, der selben Masse wie der der OPV-Versorgungsspannung. An ihrer Kathode liegen angenommen 5V an während der invertierende Eingang auf 0V (AGND) liegt. Das bedeutet, dass die Differenz zwischen den Eingängen 5V beträgt, egal wie hoch Uq wäre! Richtig? Um jetzt mal meine Verwirrtheit etwas zu kompensieren... Jetzt nochmal zur Schaltung 2: Ich habe sie gerade eben aufgebaut; am nichtinvertierendem Eingang einen Spannungsteiler zwischen GND und den +10V. Sie stabilisiert auch brav die eingestellte Spannung, egal ob ein Motor oder ein Glühlämpchen dadran hängen. ABER: Ich komme einfach nicht über die max. 8,5V am Emitter hinweg! Uq beträgt 20V. Veränderung von Uq bewirkt absolut garnichts. Vergrößere ich aber die Versorgungsspannung vom OPV, so steigt auch die Spannung am Emitter. Brauche ich jetzt also auch 30V OPV-Spannung, wenn ich 30V am Ausgang haben möchte? Meine Vermutung: Da ja der OPV die selbe Spannung + die Sättigungsspannung vom Transistor (ca 1V) wie Ua überwinden muss, damit der Transistor durchschaltet, wird Ua begrenzt durch die Versorgungsspannung vom OPV. Und jetzt wieder die Frage: Wie bekommen es die Entwickler von Netzteilen hin, mit nur 9V OPV-Spannung auszukommen und dabei an Ua bis zu 30V zur Verfügung zu stellen?
Hallo Mario vielleicht hilft Dir das auch zum besseren Verständnis: Ein Operationsverstärker (OPV universell anwendbar), bzw. Komparator (auf hohe Verstärkung getrimmter OPV-Spezialist) versucht seinen Ausgang so einzustellen, dass an beiden Eingängen die Spannungsdifferenz = 0 ist. Dieses Verhalten lässt sich durch geeignete Rückführung des Ausgangssignals auf den/die Eingänge für die unterschiedlichsten Ziele (Spannungs-/Lastausregelung, Oszillatoren, Verstärker usw) anwenden. mfG Ottmar
Langsam begreife ich die Grundfunktion des OPVs! Danke an Ottmar K. und vorallem an fredl! @fredl: Sehr gute und anschauliche Erklärung! Ich habe es jetzt begriffen! Ich würde mich unheimlich freuen, wenn du mir auch die Funktion des 2. OPVs erklären könntest, denn das ist gerade der Punkt, an dem es bei mir hakt! Vielleicht würde das jetzt endlich alle meine Fragen klären... Wieso ist denn eigentlich der 2. OPV ein Spannungsfolger? Kann sonst noch jemand etwas zu meinen Fragen zur Schaltung 2 sagen? MfG
>Das bedeutet, dass die Differenz zwischen den Eingängen 5V beträgt, egal >wie hoch Uq wäre! Richtig? Ja, und für einen OPamp ist das eine riesige Eingangsspannung. Normalerweise hast du da nur Spannungen im µV- und mV-Bereich. >ABER: Ich komme einfach nicht über die max. 8,5V am Emitter hinweg! Weil der OPamp nur mit 10V gespeist wird. Dann kommt noch die Ube vom Transistor dazu und die maximale Ausgansgspannung des OPamp...
Kai Klaas schrieb: > Weil der OPamp nur mit 10V gespeist wird. Dann kommt noch die Ube vom > > Transistor dazu und die maximale Ausgansgspannung des OPamp... Die Ausgangsspannung des OPs stellt sich um exakt der Ube des Transistors höher ein als die Emitterspannung des Transistors. Somit ist der + und - Eingang des OPs wieder gleich. Das passt schon. Ralph Berres
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Moin Mario, hier die Fortsetzung betr. Op-Amp 2; wenn ich auch nur mit anderen Worten das wiederhole, was einige Forumsmitglieder hier schon vor mir beschrieben haben. Prinzip-Schaltbild: Mit dem Poti greife ich eine durch die Z-Diode stabilisierte Spannung v. z. B. 12,0 V ab. Diese Spannung liegt am nicht invertierenden Eingang des Op-Amps. Der Op-Amp verstärkt diese Spannung (erscheint am Ausgang). Die Ausgangsspannung treibt einen Strom durch den Basiswiderstand und durch die Basis-Emitter-Strecke des Längstransistors. Der Basis-Emitterstrom bewirkt einen größeren Collector-Emitter-Strom (Transistor-Prinzip, Verstärkung). Am Emitter u. somit am Last-Ausgang erscheint eine Spannung die gleichzeitig auf den nicht-invertierenden Eingang des Op-Amp zurückgeführt wird. Der Differenzverstärker in den Op-Amp-Eingängen macht soviel Verstärkung, bis die Differenz zwischen beiden Eingängen = NULL ist. Dies ist der Fall, wenn die Emitterspannung 12,0 V ist. Bei einem angenommenen Basis-Emitter-Strom IBE v. 1,0 mA fallen am Basiswiderstand (2,0 kOhm) 2,0 V ab. Dazu die Basis-Emitterspannung v. ~ 0,7 V addieren. Der Op-Amp bringt soviel Verstärkung auf (1,225 fach), daß sich an seinem Ausgang 14,7 V u. somit am Emitter (u. Inv.-Eingang d. Op-Amps) 12,0 V einstellen. Wenn jetzt am Potentiometer eine größere oder kleinere Spannung eingestellt wird, folgt die Ausgangsspannung der Schaltung der Eingangsspannung. (Spannungsfolger-Schaltung). Der Op-Amp ist bei jeder Einstellung bestrebt, daß die Differenz zwischen beiden Eingängen NULL bleibt. N.B.: Grundsätzlich sollte man solche Schaltungen nicht im Einschaltmoment, sondern nur im eingeschalteten Zustand betrachten. fredl
mhh schrieb: > Du übersiehst in Deinem geschriebenen die Rückkopplung vom Ausgang, Vielleicht spricht man in diesem Zusammenhang eher von Gegenkopplung, da es auch in Komparatorschaltungen teilweise eine Rückkopplung (Mitkopplung) gibt. Gruss Harald
Ohne, dass ich mir nun den ganzen Thread durchgelesen habe, schaue dir doch mal die Videos von Josef Raddy an. Die sind so ein bisschen wie "die Sendung mit der Maus" für Erwachsene. Alles was der erklärt, erklärt er von Anfang an, über mehrere Videos und so klar und deutlich, dass keine Fragen offen bleiben dürften. Dazu ein Link: https://www.youtube.com/watch?v=C7UA-HlutTg Dazu ein gutes Buch: http://www.elektronik-kompendium.de/shop/buecher/operationsverstaerker-und-instrumentationsverstaerker
So, Leute! Ich hab's gerafft, eigentlich schon gestern Nacht! Ihr bestätigt also nochmal mein Verständnis, danke fredl! Meine Erklärung des Spannungsreglers: -der OPV arbeitet als Spannungsfolger, d.h., + und - sollen gleich sein (0V Differenz) -dafür sorgt der Ausgang im Gegenkopplungszweig, er steuert sozusagen die Spannung an - -dadurch bleibt - immer konstant -wird nun der Gegenkopplungszweig belastet (R_Last an Ua), so fällt die Spannung (Ua) an - ab und der Ausgang regelt nach -URef ist also immer gleich Ua, solange der OPV arbeitet Manchmal muss man sich wirklich die alten Ideen aus dem Kopf schlagen, um neue Funktionsweisen zu kapieren. Ich dachte zB, dass die Spannungsregelung so funktioniert: -OPV als Differenzverstärker -URef an + und Ua an - -sobald Ua größer Uref ist, wird der Ausgang negativ und sperrt den Transistor -ist Ua kleiner Uref, so steuert der Ausgang den Transistor durch, bis Differenz 0V ist Im Prinzip die selbe wirkungsweise, bloss dass der OPV nicht selbst entscheidet, was mit - passiert, sondern nur eine Differenz liefert, mit der der Entwickler dann etwas macht - den Transistor steuern. Könnte auch dieser Aufbau funktionieren?
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Wie gesagt, wollte ich eine Spannungsregelung haben, die unabhängig von der OPV-Versorgungsspannung ist. Das erste Schaltbild im Anhang ist aus einem Elektor-Heft. Darin arbeitet eine Spannungsregelung mit nur +-5V Versorgung. Die Schaltung habe ich mal für eine bessere Übersicht nochmal aufgezeichnet und befindet sich im 2. Anhang. Was ist das jetzt für eine Schaltung? Der invertierte Eingang liegt doch nun auf Masse und hat ständig 0V. Ich hab das vorhin mal aufgebaut und musste feststellen, dass die Schaltung Oszilliert, wie ein PWM-Regler (Oszillogramm in Anhang, gemessen wurde Ua), je nach dem, wie hoch Uref was. Sobald Uref auf Masse bezogen negativ wird, wird der Effektivwert der Schwingung am Emitter immer kleiner. Nun die Frage: Soll das so sein oder hat die Schaltung nicht umsonst so viele Kondensatoren im pF-Bereich? Denn sonst wäre die Schaltung ja kein Linearregler mehr sondern eher ein Schaltregler! Der OPV arbeitet hier anscheinend wirklich als Komparator und "entzieht" der Basis des Transistors periodisch seinen Strom. Kann mir das mal einer bitte erklären? Ich würde gerne die Schaltung benutzen, die fredl gepostet hat, allerdings braucht man ja hierfür zum Steuern des Längstransistors min. eine Spannung von Ua+0,7V. Das ist mir klar. Aber wie ist es möglich, diesen Transistor mit einem OPV, dessen Sättigungsspannung unter Ua+0,7V liegt, zu steuern?
>Nun die Frage: Soll das so sein oder hat die Schaltung nicht umsonst so >viele Kondensatoren im pF-Bereich? Caps vom "-" Eingang eines OPamps nach Masse sind immer kritisch, weil sie eine zusätzliche "phase lag" erzeugen und damit die "phase margin" aufzehren. Die Schaltung ist entweder von einem Nichtfachmann "entwickelt" worden oder das Resultat einer Verzweiflungstat. Ohne gründliche Simulation würde ich die Finger von dieser Schaltung lassen und auf keinen Fall in gutem Glauben nachbauen.
mario m. schrieb: > Was ist das jetzt für eine Schaltung? Der invertierte Eingang liegt doch > nun auf Masse und hat ständig 0V. Richtig erkannt. Man kann diese Schaltung auf zweierlei Weise betrachten: 1. Man definiert (wie üblich, aber anders als im Schaltplan gezeigt) die negative Ausgangsspannung als Massepotential. Die Versorgungsspannung des Opamp von ±5V wird durch eine eigene Trafowicklung relativ zur positiven Ausgangsspannung erzeugt. Der Opamp "reitet" also sozusagen mitsamt seiner Versorgungsspannung auf der positiven Ausgangsspan- nung. Steigt diese, steigt auch der Absolutwert der Opamp-Versorgung entsprechend, so dass der Opamp unabhängig von der Ausgangsspannung immer in seinem ±5V-Bereich arbeitet. 2. Man definiert (wie im Schaltplan) die positive Ausgangsspannung als Massepotential. Damit steht der Opamp fest auf Grund und Boden. Er regelt dann aber nicht die positive Ausgangsspannung (die ist immer 0), sondern die negative. Das ist aber kein Problem, da den Benutzer des Netzgeräts letztendlich nur die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgängen interessiert. Wie du ebenfalls schon erkannt hast, liegt der Vorteil dieser Schaltung darin, dass die Ausgangsspannung größer als die Versorgungsspannung des Opamp werden kann. Da die maximale Versorgungsspannung der meisten Opamps 30 bis 40V beträgt, sind fast alle linear geregelten Labornetz- geräte mit einer Ausgangsspannung ab etwa 30V nach diesem Schema aufgebaut. > Ich hab das vorhin mal aufgebaut und musste feststellen, dass die > Schaltung Oszilliert Ein rückgekoppelter Verstärker schwingt bekanntlich dann mit einer bestimmten Frequenz, wenn die Schleifenverstärkung (Open-Loop-Gain) bei dieser Frequenz gleich 1 und die Phasendrehung über die gesamte Schleife 360° ist. In deiner Spannungsfolgerschaltung ganz am Anfang war das kein allzu großes Problem, da die Schleifenverstärkung dort ungefähr der Open- Loop-Verstärkung des Opamp entspricht (die Spannungsverstärkung des als Emitterfolger arbeitenden Transistors ist knapp 1, erhöht die Schleifen- verstärkung also nicht). Mit dieser Schleifenverstärkung kommt der LM324 gut zurecht, da er intern für den Einsatz als Spannungsfolger frequenz- kompensiert ist (unity-gain-stable). Man müsste allerdings noch die parasitären Kapazitäten (vor allem des Transistors) und Induktivitäten in der Regelschleife beachten, um sicherzustellen, dass die dadurch verursachte zusätzliche Phasendrehung das System nicht doch instabil macht. In deinem Aufbau ist diese aber offensichtlich so gering, dass sich zumindest keine duaerhafte Schwingung entsteht. Ganz anders sieht es aber bei der Elektro-Schaltung aus: Hier arbeitet der Transistor de facto in Emitterschaltung (Emitter liegt auf Masse, der Lastwiderstand hängt (etwas komisch) zusammen mit der 30V-Versorgung am Kollektor) und hat damit eine Spannungsverstärkung >1, die zudem vom Lastwiderstand abhängig ist. Um so eine Schaltung stabil zu bekommen, ohne die Regelgeschwindigkeit allzusehr zu beeinträchtigen, bedarf es einiger zusätzlicher Kniffe, die sich in Form mehrerer RC-Glieder niederschlagen. > Nun die Frage: Soll das so sein oder hat die Schaltung nicht umsonst so > viele Kondensatoren im pF-Bereich? Wie Kai aber schon geschrieben hat, erweckt die Schaltung den Eindruck, dass da jemand so lange nach dem Gießkannenprinzip Kondensatoren verteilt hat, bis die Sache halbwegs stabil lief. Wirklich essentiell für die Frequenzkompensation im Spannungsregelungs- teil sind nur die Kondensatoren C22, C21 und C16, während C19, C20 und C27 bei ansonsten korrekter Dimensionierung nicht nur unnötig, sondern sogar fragwürdig sind. Wenn du in deinen Versuchsaufbau die fehlenden drei Kondensatoren und zusätzlich R29 (gehört zusammen mit C22 ebenfalls zur Frequenzkompensa- tion), D145 und D15 (Eingangsspannungsbegrenzung für den Opamp, eben- falls wichtig) einbaust, könnte die Sache sogar halbwegs funktionieren. > Denn sonst wäre die Schaltung ja kein Linearregler mehr sondern eher > ein Schaltregler! Der OPV arbeitet hier anscheinend wirklich als > Komparator und "entzieht" der Basis des Transistors periodisch seinen > Strom. Kann mir das mal einer bitte erklären? Nein, der gesamte Regler arbeitet klassich linear. Das Einzige, was schaltet, ist die Temperaturabschaltung (der Opamp links unten arbeitet als Schmitt-Trigger).
Hallo Yalu, verbinde doch mal in der Elektor-Schaltung alle Massezeichen zu einer gemeinsamen Leitung u. lass das Massezeichen weg. Indem du an einer beliebigen Stelle ein Massesymbol einzeichnest, veränderst du nicht die Transistor-Grundschaltung. Trotz des Massezeichens am + Ausgang des Gerätes bleibt es ein Emitter-Folger u. damit eine Collector-Schaltung, mit RL am Emitter. Gewiss, der Zeichnungsaufbau ist schon gewöhnungsbedürftig u. unüblich und wie du schon schreibst, wichtig für den Anwender ist das, was man an den beiden Ausgangsklemmen herausbekommt. Gut für den, dessen Gedanken durch keinerlei Fachkenntnisse "getrübt" sind und nur eine "black box" mit 2 Ausgangsbuchsen sieht -;) fredl
Hallo Mario, wenn dein Probeaufbau (Schaltung links neben d. Oszi) noch schwingt, probiere doch mal folgendes: Mit einem C, ~ 1,0 nF v. OPV-Ausgang z. invert. Eingang den OPV "langsamer" machen. Je ein Stützkondensator ~ 0,1 µF v. den Betriebspannungsanschlüssen des OPV nach Masse. Jeweils dicht am IC mit kurzen Drähten. fredl
>Mit einem C, ~ 1,0 nF v. OPV-Ausgang z. invert. Eingang den >OPV "langsamer" machen. Genau. Es handelt sich hierbei aber um eine Phasengangkompensation, weil die "phase lag" durch die kapazitive Last am Ausgang des Reglers durch eine "phase lead" Kapazität kompensiert wird. Das läßt sich auch sehr einfach simulieren. Eventuell ergibt sich dann eine passendere Kapazität als 1n und passendere Widerstände als 100R bzw. 22k. Was macht denn die Diode in der Gegenkopplung? In einer Gegenkopplung kann eine solche Diode die Situation erheblich verkomplizieren. Außerdem zwingt die Diode den OPamp dazu, genau das Gegenteil von dem zu tun, was erforderlich ist. Ich würde dem Basis Emitter Übergang lieber eine Diode antiparallel schalten, um ein Zenern des Transistors zu vermeiden.
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Moin Mario, hier mal ein Schaltungssausschnitt aus einem Selbstbau Labor-Netzgerät. Statt OPV-Regler hier den T4 als Regler. (OP-Amps waren z. Zt. des Aufbaus seltener u. teuer). Über dem Regeltransistor, genau wie für den OPV vorgeschlagen, ein C v. 1 nF zur Unterdrückung v. Regelschwingungen. Div. weitere Kondensatoren in der Schaltung, die zum Abblocken v. Hf-Einstreuungen dienen. Soll´s geben, wenn ein KW-Transceiver in einem Meter Abstand daneben steht oder die Antennen eines 1 MW-Mittelwellensenders in der Nähe sind. (nicht mit der Giesskanne verteilt!!)
>Soll´s geben, wenn ein KW-Transceiver in einem Meter Abstand daneben >steht oder die Antennen eines 1 MW-Mittelwellensenders in der Nähe sind. Gegen korrektes Filtern hat ja niemand etwas. Aber Caps zwischen "+" und "-" Eingang eines OPamp oder zwischen "-" Eingang und Masse sind nicht nur nicht hilfreich, sondern sie verstärken noch die Instabilität, weil sie die "phase margin" aufzehren. Genauso unsinnig ist es übrigens, einem Komparator (IC3) mit Hysterese-Mitkopplung einen Cap vom "+" Eingang nach Masse zu schalten. Die Mitkopplung soll ja gerade bewirken, daß der empfindliche Umschaltbereich schnell, sauber und stabil durchfahren UND verlassen wird. Ein Cap vom "+" Eingang nach Masse ist dann völlig kontraproduktiv, weil er das Durchfahren wieder verzögert. Auf diese Weise kann man einem Komparator das Schwingen angewöhnen.
fredl schrieb: > Hallo Yalu, > verbinde doch mal in der Elektor-Schaltung alle Massezeichen zu einer > gemeinsamen Leitung u. lass das Massezeichen weg. > Indem du an einer beliebigen Stelle ein Massesymbol einzeichnest, > veränderst du nicht die Transistor-Grundschaltung. Klar kann man ein beliebiges zusammenhängendes Leitungsstück der Schal- tung als Masse definieren, ohne dass sich dadurch an der Funktion der Schaltung etwas ändert. Das führt dann zu unterschiedlichen Betrach- tungsweisen ein und derselben Schaltung, von denen ich in meinem letzten Beitrag zwei vorgestellt habe. Mit der zweiten (wo die Masse am positi- ven Ausgang liegt) wird deutlicher, dass die Ausgangstransistoren in Emitterschaltung betrieben werden. Natürlich ändert sich daran nichts, wenn man die Masse auf den negativen Ausgang legt, nur sticht dann die Schaltungstopologie nicht mehr so deutlich ins Auge. > Trotz des Massezeichens am + Ausgang des Gerätes bleibt es ein > Emitter-Folger u. damit eine Collector-Schaltung, mit RL am Emitter. Eine etwas kontroverse Diskussion, ob es sich hier um eine Kollektor- oder Emitterschaltung handelt, hatten wir schon einmal: Beitrag "Labornetzgerät: Kollektor- oder Emitterschaltung?" Auch wenn einige Leute anderer Meinung sind, bin ich nach vie vor der festen Überzeugung, dass wir es mit einer Emitterschaltung zu tun haben. ... zumal damit hervorragend erklärt werden kann, warum Marios Schaltung in seinem Eingangsbeitrag praktisch überhaupt nicht, diejenige aus dem Beitrag vom 06.01.2013 um 17:27 aber aus vollen Rohren schwingt. fredl schrieb: > wenn dein Probeaufbau (Schaltung links neben d. Oszi) noch schwingt, > probiere doch mal folgendes: Mit einem C, ~ 1,0 nF v. OPV-Ausgang z. > invert. Eingang den OPV "langsamer" machen. Dieser Phase-Lead-Kondensator ist zwar wichtig, wird aber für sich alleine das Schwingen vermutlich nicht eliminieren, da nach wie vor die Schleifenverstärkung bei entsprechend großem Lastwiderstand fast belie- big groß werden kann. Kai Klaas schrieb: > Was macht denn die Diode in der Gegenkopplung? Die stammt aus dem Originalschaltplan von Elektor, wo mittels zweier Dioden (D12 und D13) zwischen der Spannungs- und der Stromregelung umgeschaltet wird.
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>Die stammt aus dem Originalschaltplan von Elektor, wo mittels zweier >Dioden (D12 und D13) zwischen der Spannungs- und der Stromregelung >umgeschaltet wird. Ah ja, stimmt, so wie im Anhang (controlled_supply.gif). Ich habe vor einiger Zeit mal für einen Freund eine ähnliche Schaltung für das "Cathodic Disbondment Testing" entwickelt (cell_supply1.png). Da war es sinnvoll, die Diode wegzulassen. Ich weiß aber nicht mehr warum...
mario m. schrieb: > Das erste Schaltbild im Anhang ist aus einem Elektor-Heft. Kennt jemand die Heftnummer?
Okay, habe einen Elko an den Ausgang gehangen und nun ist das Schwingen weg, am Ausgang zumindest geglättet - ca 1V Restwelligkeit der Schwingfreqenz bei 2200uF. Yalu X. schrieb: > 2. Man definiert (wie im Schaltplan) die positive Ausgangsspannung als > Massepotential. Damit steht der Opamp fest auf Grund und Boden. Er > regelt dann aber nicht die positive Ausgangsspannung (die ist immer > 0), sondern die negative. Das ist aber kein Problem, da den Benutzer > des Netzgeräts letztendlich nur die Spannungsdifferenz zwischen den > beiden Ausgängen interessiert. Moment, mir ist da noch etwas unklar: Ist es nicht eher so, dass gerade bei der 2. Variante die Masse und somit der OPV auf der positiven Ausgangsspannung "reiten"? Ändern tut sich doch nur die positive Ausgangsspannung, je nach dem, welcher Strom über die C-E-Strecke fließt! Und Wieso regelt der OPV die neg. Ausgangsspannung? Die kann sich doch garnicht ändern, weil sie direkt am Trafo hängt, oder? Ich bin schon ohnehin wegen dem "kurzgeschlossenem" invertierten Eingang irritiert. So kann zwar eine Spannung am Ausgang eingestellt werden, allerdings regelt die Schaltung nicht abhängig von der Ausgangsspannung, d.h., es ist keine Konstantspannungsquelle. Der inv. Eingang bleibt doch immer 0V, egal ob 30V oder 10V am Ausgang anliegen. Auch in meinem Versuchsaufbau ist das so: bei einem 300R-Widerstand am Ausgang bricht die Spannung um einige Volt ein. Gemessen zwischen neg. Ausgang und Emitter. Der Schaltplan ist übrigens von ELV. Habe mich vertan!
mario m. schrieb: > Ist es nicht eher so, dass gerade bei der 2. Variante die Masse und > somit der OPV auf der positiven Ausgangsspannung "reiten"? Nein. Die Masse hat definitionsgemäß das Spannungspotential 0, ist also konstant. Alle anderen Spannungspotentiale in der Schaltung beziehen sich auf die Masse. > Ändern tut sich doch nur die positive Ausgangsspannung, je nach dem, > welcher Strom über die C-E-Strecke fließt! Nein. Die positive Ausgangsspannung ist bei dieser Betrachtungsweise konstant 0. > Und Wieso regelt der OPV die neg. Ausgangsspannung? Die kann sich doch > garnicht ändern, weil sie direkt am Trafo hängt, oder? Doch. Da die positive Ausgangsspannung als 0 definiert wird und die Spannungsdifferenz zwischen den Ausgängen variabel ist, bleibt der negativen Ausgangsspannung gar nichts anderes übrig als ebenfalls variabel zu sein. Es gibt bei dieser Betrachtungsweise genau drei konstante Spannungs- potentiale: Die positive Ausgangsspannung (0) und die Versorgungs- spannungen des Opamp (+5V und -5V). Würde man die negative Ausgangsspannung als Masse definieren, gäbe es nur ein einziges konstantes Potential, nämlich eben dieses Masspoten- tial. Die positive Ausgangsspannung wäre in diesem Fall variabel, ebenso die beiden Versorgungsspannungspotentiale des Opamp, da sich diese mit der positiven Ausgangsspannung mitbewegen. Da eine Schaltung meist leichter verständlich ist, wenn möglichst viele Potentiale konstant sind, hat sich der Schaltplanmaler dafür entschie- den, die positive Ausgangsspannung als Bezugspotential zu wählen. > Ich bin schon ohnehin wegen dem "kurzgeschlossenem" invertierten Eingang > irritiert. > Der inv. Eingang bleibt doch immer 0V, egal ob 30V oder 10V am Ausgang > anliegen. Genau so ist es. Geregelt wird — wie ich schon oben geschrieben habe — die negative Ausgangsspannung, die sich aus der Kollektorspannung des Transistors minus der 30V Versorgungsspannung ergibt. Je stärker der Transistor aufgsteuert wird, umso kleiner wird seine Kollektorspannung, d.h. umso negativer wird die negative Ausgangsspannung, wobei diese natürlich zusätzlich auch vom Lastwiderstand abhängt. Der Opamp steuert den Transistor nun gerade so weit auf, dass an seinem nichtinvertierenden Eingang 0V anliegen. Diese Spannung wird durch einen variablen Spannungsteiler zwischen +5V und der negativen Ausgangsspan- nung gebildet. Hat diese Spannungsteiler ein Verhältnis von R1:R2, wird die negative Ausgangsspannung auf -5V·R2/R1 geregelt, da genau dann am Abgriff die 0V entstehen. Ein bestimmtes Spannungsteilerverhältnis er- gibt also eine feste negative Ausgangsspannung, wobei der Einfluss der Last vom Opamp durch mehr oder weniger starkes Aufsteuern des Transis- tors ausgeglichen wird. > 300R-Widerstand am Ausgang bricht die Spannung um einige Volt ein. > Gemessen zwischen neg. Ausgang und Emitter. Wenn das der Fall ist, bist du wahrscheinlich an der Belastungsgrenze des Transistors oder des Opamps angelangt. Solange beide in ihrem linearen Bereich arbeiten, sollte die Ausgangspannung nahezu perfekt lastunabhängig sein. Welchen Transistor und Opamp hast du denn verwend- et? Hast du das Schwingen inzwischen wegbekommen?
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Prinzip.jpg
51 KB
Yalu X. schrieb: > Je stärker der > Transistor aufgsteuert wird, umso kleiner wird seine Kollektorspannung, > d.h. umso negativer wird die negative Ausgangsspannung, wobei diese > natürlich zusätzlich auch vom Lastwiderstand abhängt. Hallo Yalu, ich habe bei dieser ELV-Schaltung auch leichte Verständnisprobleme. Habe mal die Schaltung im Prinzip gezeichnet u. den einstellbaren, geregelten Ausgang wie eigentlich üblich nach oben gelegt. Kann man das so sehen? fredl
fredl schrieb: > Habe mal die Schaltung im Prinzip gezeichnet u. den einstellbaren, > geregelten Ausgang wie eigentlich üblich nach oben gelegt. > Kann man das so sehen? Ja, nur dass sich natürlich der Transistor im Gegensatz zum eingezeich- neten variablen Widerstand nicht linear verhält. Aber um zu erklären, wie die Ausgangsspannung mit dem Transistor verändert wird, ist die Zeichnung genau richtig.
Ahaa! Jetzt hab ichs verstanden! Du beziehst also alle Spannungen auf die Masse an dem Emitter. Dann ist es natürlich klar, dass sich im Bezug auf Masse die neg. Ausgangsspannung ändert! Und zur Regelung: D.h., dass der nichtinvertierte Eingang praktisch als Referenz und über den Spannungsteiler gleichzeitig auch als "Sensor" für die Ausgangsspannung dient! Im Prinzip richtig, oder?
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