Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Galvanisch getrennte AC Stromquelle 5mA


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von Martin Hofer (Gast)


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Ich möchte mir eine mehrkanalige (min.4, optimal 8) AC Stromquelle 
bauen, die galvanisch getrennt -10..+10mA an 0 (also Kurzschlussfest...) 
bis 10kOhm Last liefert. In den Randbereichen können die Specs auch 
abgeschwächt werden also z.B. max. 5mA Ausgangsstrom wenn Last > 5kOhm.
Der Stromverlauf soll sinusförmig mit einer Frequenz von 50-500Hz sein.
Genauigkeit und Linearität sind eher nebensächlich (10% Stromgenauigkeit 
ist schon ok), die einzelnen Kanäle untereinander sollten aber besser 
als 2% gematcht sein, wobei ein Kalibiier/Trimmvorgang kein Problem sein 
sollte.
Da ich ja keinen Gleichstrom am Ausgang brauche, wird eine galvanische 
Trennung mit Übertragern am sinnvollsten sein. Da gibt es eine große 
Auswahl, ich muss "nur" noch herausfinden, auf was ich genau achten 
muss, da die Datenblätter doch sehr dürftig sind.
Mein größtes Problem ist, den ausgangsstrom bei unterschiedlichen (und 
wechselnden) Lasten zu regeln. Wäre da ein Übertrager mit 
Feedbackwicklung eine gute Idee oder besser eine Strommessung auf der 
Ausgangsseite mit einem inearen Optokoppler?
Oder git es eine ganz andere sinnvolle Lösung?

von Andrew T. (marsufant)


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Da +/- 10mA problemlos von den allermeisten OPV geliefert werden, und 
Deien Genauikeitsanfordreungen  mit ca .2..105 sehr moderat sind:

4 x 741 als KSQ beschalten und von einem 50..500Hz Sinusgenerator 
ansteuern lassen.


Der Vorteil das auf 4 einzelne ICs zu verteilen : sehe ich in der 
besseren Wärmeableitung.

Rein technisch würde sonst ein LM324 4fachOPV o.ä. es auch tun .-)

von Possetitjel (Gast)


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Martin Hofer schrieb:

> Ich möchte mir eine mehrkanalige (min.4, optimal 8)
> AC Stromquelle bauen, die galvanisch getrennt -10..+10mA
> an 0 (also Kurzschlussfest...) bis 10kOhm Last liefert.

Dir ist klar, dass das +/-100V Peak sind?

> In den Randbereichen können die Specs auch abgeschwächt
> werden also z.B. max. 5mA Ausgangsstrom wenn Last > 5kOhm.

Besser; sind aber immer noch +/-25V.

> Frequenz von 50-500Hz sein... 10% Stromgenauigkeit...
> 2% gematcht... Kalibiier/Trimmvorgang kein Problem..

Hmm. Klingt alles machbar.

> Da ich ja keinen Gleichstrom am Ausgang brauche, wird eine
> galvanische Trennung mit Übertragern am sinnvollsten sein.

Spontan fand ich die Idee doof; auf den dritten Blick gefällt
sie mir aber immer besser.

> Mein größtes Problem ist, den ausgangsstrom bei
> unterschiedlichen (und wechselnden) Lasten zu regeln.

Warum?

Ein Übertrager, den ich primärseitig aus einer AC-Stromquelle
speise, sollte nach meinem Verständnis sekundärseitig auch
Stromquellenverhalten haben.

> Wäre da ein Übertrager mit Feedbackwicklung eine gute Idee
> oder besser eine Strommessung auf der Ausgangsseite mit
> einem linearen Optokoppler?
> Oder git es eine ganz andere sinnvolle Lösung?

In der HF-Technik ist für Leistungsstufen eine
Parallel-Gegentaktschaltung üblich; die verwendet eine
Primärwicklung mit Mittelanzapfung, die auf Plus liegt,
und an den Wicklungsenden zwei Transistoren gegen Masse.
Der Trafo hat für Dich - neben der Potenzialtrennung - noch
den Vorteil, dass Du Dir Ausgangsstrom und -spannung passend,
d.h. unabhängig von der Betriebsspannung einrichten kannst.

Jetzt verrate ich Dir ein Geheimnis: Es gibt eine weltweite
Verschwörung, die sich zum Ziel gesetzt hat, die Erkenntnis
zu unterdrücken, dass die Ausgangskennlinie von Transistoren
Stromquellenverhalten hat. Alle Entwickler sollen ins
Howland-Universum assimiliert werden. Widerstehe dem! Geh um
Mitternacht zur Waldwegkreuzung, nimm zwei Bipolartransistoren
mit, versieh sie mit passenden Emitterwiderständen und schließe
sie an die Primärseite des Trafos an. Viel Erfolg!

von Martin Hofer (Gast)


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Mir ist sehr wohl klar das das +-100V sind. Damit werden Materialproben 
getestet. Keine Ahnung was und wie genau, ein befreundeter 
Physikdiplomand hat mich "nur" um eine Schaltung gebeten. Hab zu früh Ja 
gesagt obwohl ich normalerweise mit schneller Digitaltechnik arbeite. 
Aber das soll ja nicht das Thema sein.
@Possetitjel: von einer Parallel-Gegentaktschaltung habe ich leider noch 
nie was gehört. Wo findet man sowas erklärt?
Es sollte theoretisch also funktionieren wenn ich mir eine 100mA AC 
Stromquelle aufbaue und dann einen 1:10 Übertrager anschließe?

von Possetitjel (Gast)


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Martin Hofer schrieb:

> Mir ist sehr wohl klar das das +-100V sind.

Entschuldigung... wollte nur gefragt haben.
Vielen Leuten hier ist nicht klar, was ihre Wünsche technisch
bedeuten.

> Damit werden Materialproben getestet. Keine Ahnung was und
> wie genau, ein befreundeter Physikdiplomand hat mich "nur"
> um eine Schaltung gebeten. Hab zu früh Ja gesagt obwohl ich
> normalerweise mit schneller Digitaltechnik arbeite.
> Aber das soll ja nicht das Thema sein.

Okay... verstehe :-)

> @Possetitjel: von einer Parallel-Gegentaktschaltung habe ich
> leider noch nie was gehört. Wo findet man sowas erklärt?

Wird häufig auch einfach als transformatorgekoppelte
Endstufe oder so bezeichnet. Schaltplan z.B. hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Gegentaktendstufe#Gegentakt-Endstufe_mit_Transformator

War früher eine Standardschaltung für NF-Verstärker mit
Röhren; ist heute noch eine Standardschaltung für
HF-Leistungsverstärker.

> Es sollte theoretisch also funktionieren wenn ich
> mir eine 100mA AC Stromquelle aufbaue und dann einen
> 1:10 Übertrager anschließe?

Nach meinem Verständnis ist das so, ja.

von Andrew T. (marsufant)


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Possetitjel schrieb:
> Martin Hofer schrieb:


>> Es sollte theoretisch also funktionieren wenn ich
>> mir eine 100mA AC Stromquelle aufbaue und dann einen
>> 1:10 Übertrager anschließe?
>
> Nach meinem Verständnis ist das so, ja.

Ja, das funktioniert auch praktisch erprobt so.

Als preiswerter Übertrager geht z.B. ein 50Hz Flachtrafo der Firma 
Schaffer, 3,5VA, 230/18V. Funktioniert auch bei 500Hz noch ziemlich gut.
Wie gesagt, bei den vom TE spezifizierten Genauigkeitsanforderungen von 
...10% .

Die 100mA SQ erhälst du, indem du dem 741 eine paar BJTs und etwas 
Hühnerfutter (R, C) nachschaltest.
Alternativ nimmst du einen  leistungsstarken OPV mit mind. 150mA 
Fähigkeit.

Wenn  dann doch lieber ein 100V-fähiger OPV gesucht ist: Apex z.b. 
PA107D.

von Martin Hofer (Gast)


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Danke für die Hilfe + Erklärungen!
Wenn ich mit "normalen" Spannungen und handelsüblicheren Bauteilen als 
den Spezialteilen von Apex auskomme bin ich sehr glücklich, da diese 
Teile immer die unangenehme Eigenschaft haben nicht verfügbar zu sein, 
wenn man sie dringend benötigt.
Bei OPVs mit hohem Ausgangsstrom habe ich mit einem beliebigen OPV und 
einem LT1010 in der Regelschleife bei einem anderen Projekt vor längerer 
Zeil mal gute Erfahrungen gemacht. War aber keine Stromquelle.
Bin jetzt nur etwas verwirrt ob ich mir eine Howland Current Pump oder 
doch eine Gegentaktendstufe aufbauen soll....

von Andrew T. (marsufant)


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Probier es doch einfach mal aus.

Hinweise hast Du nun doch mehr als genug.

von Possetitjel (Gast)


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Martin Hofer schrieb:

> Wenn ich mit "normalen" Spannungen und handelsüblicheren
> Bauteilen als den Spezialteilen von Apex auskomme bin ich
> sehr glücklich, da diese Teile immer die unangenehme
> Eigenschaft haben nicht verfügbar zu sein, wenn man sie
> dringend benötigt.

Die Preise sind teilweise auch recht sportlich, soweit ich
mich erinnere.

> Bei OPVs mit hohem Ausgangsstrom habe ich mit einem
> beliebigen OPV und einem LT1010 in der Regelschleife
> bei einem anderen Projekt vor längerer Zeil mal gute
> Erfahrungen gemacht.

Ist ja eine sehr gängige Methode: Normaler OPV für die
Spannungsverstärkung; Impedanzwandler (=Treiber) für den
Strom. Treiber kann ein IC oder eine diskrete Schaltung
sein, das ist nicht so entscheidend.

> Bin jetzt nur etwas verwirrt ob ich mir eine Howland
> Current Pump oder doch eine Gegentaktendstufe aufbauen
> soll....

Ich habe es ja gesagt: Es wird noch ein, zwei Tage dauern,
dann bist auch Du der Verschwörung zum Opfer gefallen. Die
Howland-Stromquelle ist strukturell Scheisse, denn es ist
eine Schaltung mit Mitkopplung. Mit nur ein wenig Pech wird
die Schaltung instabil und schwingt. - Da diese Lösung aber
offensichtlich vom Mainstream bevorzugt wird, wird es
besser sein, wenn Du Dich dem anschließt.

von Possetitjel (Gast)


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Andrew Taylor schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Martin Hofer schrieb:
>
>>> Es sollte theoretisch also funktionieren wenn ich
>>> mir eine 100mA AC Stromquelle aufbaue und dann einen
>>> 1:10 Übertrager anschließe?
>>
>> Nach meinem Verständnis ist das so, ja.
>
> Ja, das funktioniert auch praktisch erprobt so.

Sehr gut; danke für die Bestätigung.
Die theoretische Überlegung ist ja das eine - die praktische
Erfahrung das andere. :-)

von Martin Hofer (Gast)


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Zur Howland Current Pump gibt es aufgrund der Verschwörung eben deutlich 
mehr Infos als über die Dimensionierung einer Stromquelle mit diskreten 
Transistoren und auch wenn ich die Lösung mit 2 Bipolartransistoren und 
ein paar Widerständen als die elegantere empfinde, ist es für jemanden 
Fachfremden leider nicht ganz so leicht sowas mal schnell eben zu bauen.

von Andrew T. (marsufant)


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Martin Hofer schrieb:
> .. ist es für jemanden
> Fachfremden leider nicht ganz so leicht sowas mal schnell eben zu bauen.

Echt jetzt?

von Possetitjel (Gast)


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Martin Hofer schrieb:

> Zur Howland Current Pump gibt es aufgrund der Verschwörung
> eben deutlich mehr Infos als über die Dimensionierung einer
> Stromquelle mit diskreten Transistoren

Genau das hatte ich gemeint.

Zu "Microsoft Windows" gibt es ja auch mehr Informationen
als zu Linux. Dreimal darfst Du raten, was ich einsetze...

> und auch wenn ich die Lösung mit 2 Bipolartransistoren
> und ein paar Widerständen als die elegantere empfinde,
> ist es für jemanden Fachfremden leider nicht ganz so
> leicht sowas mal schnell eben zu bauen.

Ist mir völlig klar.
Ich würde es mit den Bipolartransistoren versuchen - aber es
wäre dumm von mir, Dich überreden zu wollen, denn ich könnte
Dich in den nächsten Tagen sicher nicht ausreichend unterstützen,
wenn es Probleme gibt.

Viel Erfolg!

von Andrew T. (marsufant)


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Schau mal:

http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-968.pdf

Abb. 7.

Den FET natürlich weglassen.

Klar nun, wie man es machen kann/könnte ? .-)

von Possetitjel (Gast)


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Andrew Taylor schrieb:

> http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-968.pdf
> Abb. 7.

Das ist nicht die Schaltung, die ich meinte - aber immerhin auch
keine Howland-Schaltung. Es gibt also noch einen dritten Weg.
Sehr schön.

von ArnoR (Gast)


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Andrew Taylor schrieb:
> Schau mal:
> http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-968.pdf
> Abb. 7.

Was soll er mit der Schaltung? Die kann die +-100V nicht liefern, weil 
der OPV so einen Hub nicht machen kann, die Last darf nicht an Masse 
liegen und zur galvanischen Trennung braucht er 8 bzw. 16 getrennte 
Versorgungen.

Wobei ich mich gerade frage was mit der galvanischen Trennung genau 
gemeint ist? Die 4/8 Quellen ausgangsseitig voneinander oder nur vom 
steuernden Signal und ausgangsseitig dürfen die z.B eine gemeinsame 
Masse haben?

von Possetitjel (Gast)


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ArnoR schrieb:

> Andrew Taylor schrieb:
>> Schau mal:
>> http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-968.pdf
>> Abb. 7.
>
> Was soll er mit der Schaltung?

Einen Trafo einfügen.

> Die kann die +-100V nicht liefern,

Mit einem Trafo schon.

> [...] die Last darf nicht an Masse liegen

Mit einem Trafo schon.

> und zur galvanischen Trennung braucht er 8
> bzw. 16 getrennte Versorgungen.

Mit einem Trafo nicht.

von Andrew T. (marsufant)


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Ich sehe es mal wieder: Possetitjel hat es verstanden,  ArnoR mal wieder 
nicht.

von ArnoR (Gast)


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Possetitjel schrieb:
> Mit einem Trafo...

Ja, so gehts natürlich, nur hatte ich bei Andrew Taylor nur diesen 
Vorschlag im Gedächtnis:

Andrew Taylor schrieb:
> Da +/- 10mA problemlos von den allermeisten OPV geliefert werden, und
> Deien Genauikeitsanfordreungen  mit ca .2..105 sehr moderat sind:
>
> 4 x 741 als KSQ beschalten und von einem 50..500Hz Sinusgenerator
> ansteuern lassen.

und seine weiteren Beiträge nicht wirklich gelesen.

Andrew Taylor schrieb:
> Ich sehe es mal wieder: Possetitjel hat es verstanden,  ArnoR mal wieder
> nicht.

Immer mit der Ruhe, lies mal deinen ersten Post, das steht genau sowas 
drin.

von Martin Hofer (Gast)


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AN-968 Figure 4 läuft mal in LTSpice. Werde sie morgen mal aufbauen.
@Possetitjel: Wie sieht "Variante 2" dann aus und welche Vorteile hätte 
diese?

von Possetitjel (Gast)


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Martin Hofer schrieb:

> @Possetitjel: Wie sieht "Variante 2" dann aus und welche
> Vorteile hätte diese?

Frage ist angekommen - Antwort kann leider etwas dauern.
Ich habe die nächsten Tage nur sehr unregelmäßig Zeit
zum Schreiben.

von Ulrich H. (lurchi)


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Für 50-500 Hz und gut 1 W an Leistung bietet sich ggf. ein 
Audioverstärker an. Auch einfache Typen wie TDA2004 sollten schon 
reichen. Da hat man auch gleich etwas Schutzschaltung mit drin. Was 
genau passt hängt vom Trafo und der Versorgungsspannung ab.

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