Emitterfolger an OP richtig rückkoppeln

[MarcusM (Gast)]

Hallo liebe Helfer,

folgende Situation. Brauche eine per Software einstellbare Spannung 
zwischen 0 und 5V. Nutze hierfür den DAC meines STM32F4-Discovery. 
Dieser liefert aber nur Spannungen zwischen 0 und 3,3V. Darum einfach 
nen nichtinvertierenden OP dahinter, Verstärkung auf 1,6 und gut ist ;)

So nun mein Problem. Der Op liefert nicht genügen Strom um den 
angeschlossenen Kondensator zu Laden (Imax=40mA). Deswegen wollte ich 
dahinter einen Emitterfolger basteln.

DAC-Ausgang (0-3,3)           6V
   |\                         |
---|+\                       /
   |  \   4V               |/
   |  /----------| R |-----|
---|-/    |                |\
|  |/     |                  \
|         |                   | 3,3V
|--| R |--|                   |
|                            Last (Supercap)
R
|
GND

So: Jetzt haben wir nen Spannungsfall über Basis-Emitter, was dazu 
führt, dass ich am Emitter eine zu kleine Spannung habe. Wie koppel ich 
die Emitterspannung richtig zum OP zurück, damit dieser mir den 
Spannungsabfall über die Basis-Emitter-Strecke gleich mit kompensiert?
(Also dieser die Spannung am OP-Ausgang gleich um den Spannungsfall der 
BE-Strecke erhöht?)

[Helmut L. (helmi1)]

MarcusM schrieb:
> Wie koppel ich
> die Emitterspannung richtig zum OP zurück, damit dieser mir den
> Spannungsabfall über die Basis-Emitter-Strecke gleich mit kompensiert?

In dem du die Rueckkopplung an den Emitter anschliesst.

MarcusM schrieb:
> So nun mein Problem. Der Op liefert nicht genügen Strom um den
> angeschlossenen Kondensator zu Laden (Imax=40mA). Deswegen wollte ich
> dahinter einen Emitterfolger basteln.

Das ist dein eigentliches Problem. Wenn du einen Kondensator an den 
Emitter haengst baust du dir eine zusaetzliche Phasendrehung rein. Die 
folge ist das dein OP anfaengt zu schwingen. Du must dann zusaetzlich 
noch die Frequenz kompensieren indem du ein Kompensations C ueber den 
Rueckkopplungswiderstand schaltest. Eventuell noch zusaetzlich zwischen 
deinem Lastkondensator und dem Emitter einen kleinen Widerstand legen.

[Dietrich L. (dietrichl)]

MarcusM schrieb:

> Wie koppel ich
> die Emitterspannung richtig zum OP zurück, damit dieser mir den
> Spannungsabfall über die Basis-Emitter-Strecke gleich mit kompensiert?

Ganz einfach:

> DAC-Ausgang (0-3,3)           6V
>    |\                         |
> ---|+\                       /
>    |  \  ~4,7V             |/
>    |  /---+------| R |-----|
> +--|-/    |                |\
> |  |/     C                  \
> |         |                   | 4V
> +---------+---| R |-----------+
> |                            Last (Supercap)
> R
> |

Wahrscheinlich brauchst Du noch einen Kondensator C, damit die Schaltung 
nicht schwingt.

Gruß Dietrich

[MarcusM (Gast)]

Okay, super! Danke.. jetzt wo ich es seh, wirds mir auch klar wie's 
funktioniert ;)

Vorneweg zum Schwingen: Der Kondensator ist 1F groß. Das heißt seine 
Schwingfrequenz müsste bei seeehr niedrigen Frequenzen liegen. Besteht 
dort die Schwinggefahr am OP trotzdem?
Dann hätte ich nur noch eine Frage zur Dimensionierung. Wie groß wählt 
man in etwa den Basis-Vorwiderstand und den Kondensator gegen das 
Schwingen?
Von was ist das abhängig, oder geht man da nach Faustformeln Pi mal 
Daumen vor?


Und zu letzt: Hat jemand schon mal so ne kleine Ausgangsschaltung 
gebastelt? Wenn ja, welchen Transistor habt ihr verwendet?

[MarcusM (Gast)]

@Helmut Lenzen: Es ist natürlich noch ein Vorwiderstand vorm 
Kondensator, der mir den Ladestrom begrenzt, eben auf die oben 
(geschätzten, weil noch nicht genau dimensioniert) 40mA.

[Helmut L. (helmi1)]

MarcusM schrieb:
> Es ist natürlich noch ein Vorwiderstand vorm
> Kondensator, der mir den Ladestrom begrenzt, eben auf die oben
> (geschätzten, weil noch nicht genau dimensioniert) 40mA.

Kannst du mal eine Zeichnung machen mit Werten. Das da ein Vorwiderstand 
drin ist, ist schon mal gut.

[MarcusM (Gast)]

Also so siehts momentan aus.
Supercaps haben ja selbst relativ hohe Innenwiderstände, von dem her, 
sollte der maximale Ladestrom definitv kleiner als 50mA sein. (5V max. 
Spannung geteilt durch Vorwiderstand 100 Ohm - im Falle Supercap 
komplett entladen und Innenwiderstand 0 als "Worst Case")
Der Supercap hat eine Kapazität von 1F, Vorwiderstand siehe Zeichnung 
100 Ohm. Die Frage ist weiterhin, wie man den Kondensator am Ausgang des 
OP's dimensioniert. Am besten mit kurzer Erklärung zur vorgehensweise, 
will ja in Zukunft so etwas alleine machen ;)

[Helmut L. (helmi1)]

MarcusM schrieb:
> Vorwiderstand siehe Zeichnung
> 100 Ohm.

Das da 100 Ohm drin sind ist schon mal sehr gut, dann ist der OP vom 
Kondensator schon fast entkoppelt.

MarcusM schrieb:
> Am besten mit kurzer Erklärung zur vorgehensweise,
> will ja in Zukunft so etwas alleine machen ;)

Die einfachste Methode ist den Kondensator erstmal den Kondensator 
solange groesser zu machen bis es nicht mehr schwingt und dann zur 
Sicherheit nocht etwas groesser.

Der mathematische Weg ist sich das Bodediagramm des OPs anzuschauen dort 
dann die zusaetzliche Phasendrehung durch den Kondensator einzuzeichnen 
und dann die Phasenreserve bei der kritischen Frequenz (da wo der 
Verstaerkung noch groesser 1 ist) zu bestimmen. Anhand der Phasenreserve 
(sollte mehr als 45 Grad) sein muss man dann entscheiden wie gross der 
Kompensations C werden muss um das Kriterium zu erreichen.

[Kai K. (klaas)]

Wie groß ist Vdd und welcher Strom wird dort gezogen?

[MarcusM (Gast)]

@Kai Klaas
VDD soll variiert werden zwischen 0 und 5 Volt (Der Eingang benötigt 
zwischen 1,6 und 5,5V zum normalen arbeiten) und der benötigte Strom ist 
maximal 7 uA.

[Kai K. (klaas)]

Und wie groß ist der Cap dort?

[MarcusM (Gast)]

nur ein 100nF Blockkondensator zum Stützen des IC-Einganges

[Kai K. (klaas)]

Der Anhang zeigt, wie man das mal ausprobieren könnte.

In der Tat besteht Schwinggefahr, wenn man die "phase lead" Kompensation 
wegläßt. Allerdings habe ich hier den Supercap nicht korrekt modelliert. 
Die Ersatzschaltung ist ja wesentlich aufwendiger als meine simple 
Annahme. Ist ja auch dein Projekt...

Achja, das Eingangssignal ist ein instantaner Spannungsprung von 1V auf 
2V.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Kai Klaas schrieb:
> Der Anhang zeigt, wie man das mal ausprobieren könnte.

Welche Rolle spielt C1 in deiner Schaltung? Ist das eine parasitäre 
Kapazität?

[Kai K. (klaas)]

>Welche Rolle spielt C1 in deiner Schaltung? Ist das eine parasitäre
>Kapazität?

Das soll der Entkoppelcap am VDD-Eingang sein.

[Dennis (Gast)]

Ist aber doch nicht an Vdd. Guck nochmal

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Dennis schrieb:
> Ist aber doch nicht an Vdd.

Gemeint ist das VDD in dieser Skizze:

MarcusM schrieb:
> Also so siehts momentan aus.

Das habe ich erst auch übersehen, weshalb ich nachgefragt habe. Was 
dabei am Ende herauskommen soll, habe ich trotzdem nicht ganz 
verstanden, aber vielleicht habe ich auch einfach nur ein Brett vor dem 
Kopf.

[Kai K. (klaas)]

>Das habe ich erst auch übersehen, weshalb ich nachgefragt habe. Was
>dabei am Ende herauskommen soll, habe ich trotzdem nicht ganz
>verstanden, aber vielleicht habe ich auch einfach nur ein Brett vor dem
>Kopf.

Die Schaltung soll wohl einfach nur "akkugepuffert" werden, mit einem 
Supercap.

[MarcusM (Gast)]

Jap genauso siehts aus. Ist nur ein Backup, wenn VDD ausfällt.
Habs mir grade auch mal in Spice aufgebaut und werd mal ein wenig 
ausprobieren ;)
Vielen Dank für die ganze Hilfe!