Hallo, ich würde gern eine Stromquelle auf Basis der Howland-Stromquelle bauen. Ich hatte bei TI noch einen interessanten Artikel zu dem composite Amplifier gefunden und dachte ich könnte die Howland-Stromquelle mit zwei Verstärkern aufbauen (siehe Abbildung), um die Eigenschaften (Rauschen, Offsetspannung, Bandbreite usw.) estwas zu verbessern. Die Stromquelle soll bei einer Eingangsspannung von 30V einen Ausgangsstrom von 3A liefern. Aus diesem Grund habe ich den Widerstand R7 mit 10 Ohm festgelegt. Ich würde für den OPV U2 den OPA541 verwenden wollen, da dieser einen Ausgangstrom von 5A liefern kann. Dieser Verstärker hat ja nur die Aufgabe, den Strom bereitzustellen. Der OPV U1 soll ja die eigentliche Funktion übernehmen. Meine Fragen sind: - Wie genau muss ich den OPV U2 dimensionieren, also welche Paramter sind da wichtig? - muss der OPV U2 eine Versorgungsspannung von mindestens 30V besitzen oder kann ich diese auch kleiner einstellen, sodass trotzdem die Funktion gewährleistet ist? Ich hoffe ihr könnt mir helfen. Es tut mir leid, wenn diese Fragen etwas zu einfach oder zu dumm sein sollten, bin neu in der Elektronik unterwegs. Gruß Jens
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Jens Jensen schrieb: > ich würde gern eine Stromquelle auf Basis der > Howland-Stromquelle bauen. Warum? Also, ich meine: Welche konkrete Anwendung hast Du? Und warum muss es die Howland-Schaltung sein? > Ich hatte bei TI noch einen interessanten Artikel > zu dem composite Amplifier gefunden und dachte ich > könnte die Howland-Stromquelle mit zwei Verstärkern > aufbauen (siehe Abbildung), um die Eigenschaften > (Rauschen, Offsetspannung, Bandbreite usw.) estwas > zu verbessern. "Composite Amplifier" sind vom Prinzip her cool, aber tückisch. Die Schwingneigung ist größer als bei normalen einstufigen Verstärkern. Zwei OPV in derselben Rückkoppel- schleife geht nur bei speziellen Vorkehrungen gut. Dazu kommt, dass die Howland-Schaltung bei einigen Leuten (z.B. bei mir) einen schlechten Ruf aufgrund ihrer Schwingneigung hat. Ich denke, beides zusammen führt in Deiner Anwendung zu einem Reinfall. > Die Stromquelle soll bei einer Eingangsspannung von 30V > einen Ausgangsstrom von 3A liefern. Steuerspannung 30V ist schonmal schlecht; das halten viele OPV nicht aus --> runterteilen (Spannungsteiler).
Ich frage mich gerade: Wie willst Du die 3A an insgesamt 15Ohm bei nur 30V Spannungsversorgung zustande bekommen?
Eine Howland-Quelle stellt hohe Anforderungen an die Toleranz der verwendeten Widerstände und ist besch...eiden abzugleichen. Sowas habe ich 1986 auf Drängen meines damaligen Chefs mal gemacht: Nie wieder! Da gibt es deutlich bessere und einfachere Konzepte! Muss die Quelle bipolar sein?
ths schrieb: > Eine Howland-Quelle stellt hohe Anforderungen an die > Toleranz der verwendeten Widerstände und ist besch...eiden > abzugleichen. Sowas habe ich 1986 auf Drängen meines > damaligen Chefs mal gemacht: Nie wieder! Schließe mich an. Wir haben das (auch infolge Zwang durch den Chef) in einem Messgerät verbaut (Messkanal für Impedanzmessung); das war eine Stromquelle für AC mit zwei OPVs nach Howland-Prinzip. Die Quelle war unter bestimmten Bedingungen nicht stabil. Das Problem haben mehrere Leute gründlich untersucht (unter anderem auch ich); die Ursache wurde nie gefunden.
Daß war auch für ein Messgerät mit verschiedenen Strömen. Am Schluss waren 17 Potis drin. Grauenhaft.
ths schrieb: > Eine Howland-Quelle stellt hohe Anforderungen an die Toleranz der > verwendeten Widerstände Die Abweichung des Ausgangsstrom vom theoretischen Wert liegt in der Größenordnung der Ungenauigkeiten der verwendeten Widerstände. Im Vergleich zur Schaltung mit Opamp, Transistor und Shunt ist die Howland-Schaltung hauptsächlich deswegen ungenauer, weil sie fünfmal so viele Widerstände enthält, was bei ungünstigem Zusammenspiel der Einzelfehler zu einem fünffachen Gesamtfehler führt. Wenn die Schaltung ohne Abgleich eingesetzt werden soll, sollte man deswegen um der Faktor 5 enger tolerierte Widerstände verwenden. Die Opamp-Transistor-Shunt-Schaltung hat allerdings den Vorteil, dass Bauteiltoleranzen keinen negativen Einfluss auf die Lastunabhängigkeit des Ausgangsstroms haben. Bei der Howland-Schaltung erreicht man diese Lastunabhängigkeit nur mit eng tolerierten Widerständen oder durch Abgleich. Es hängt halt vom Anwendungsfall ab, ob der Ausgangsstrom nur konstant oder zusätzlich auch noch genau sein muss. Im zweiten Fall braucht man bei beiden Schaltungen genaue Widerstände oder einen Abgleich. > und ist besch...eiden abzugleichen. Der Abgleich ist relativ einfach in zwei Schritten machbar: 1. Man legt am Eingang und Ausgang dieselbe Spannung an. Die Spannung sollte möglichst hoch gewählt werden, aber natürlich nur so hoch, dass der Opamp noch innerhalb seiner Spezifikation arbeitet. Mit R5 stellt man dann den gewünschten Ausgangsstrom für die gewählte Eingangsspannung ein. 2. Dann schließt man den Ausgang kurz und stellt mit R1 erneut den gewünschten Strom ein. Schritt 1 sorgt für die richtige Transkonduktanz Ia/Ue, Schritt 2 für die Lastunabhängigkeit von Ia. Possetitjel schrieb: > Die Quelle war unter bestimmten Bedingungen nicht stabil. Die Schaltung neigt zum Schwingen, wenn der Lastwiderstand deutlich größer als R1+R4 ist. Man sollte also R1 und R4 ausreichend hochohmig wählen. Auch induktive Komponenten in der Last sind schlecht für die Stabilität. In den allermeisten Fällen hat die Howland-Stromquelle gegenüber der Opamp-Transistor-Shunt-Schaltung aber keine Vorteile, sondern nur Nachteile, weswegen sie auch nur sehr selten eingesetzt wird. Wenn die Antwort auf die Frage ths schrieb: > Muss die Quelle bipolar sein? "nein" lautet, würde ich von der Howland-Schaltung absehen. Für einen uniploaren Ausgangsstrom würde ich aber auch in der Howland-Schaltung nicht den schweineteuren OPA541, sondern einen gewöhnlichen Opamp mit einem dicken Transistor (Darlington oder Mosfet) für die Stromverstärkung nehmen.
Yalu X. schrieb: > Die Schaltung neigt zum Schwingen, wenn der > Lastwiderstand deutlich größer als R1+R4 ist. Man > sollte also R1 und R4 ausreichend hochohmig wählen. Mag sein. Ich halte es generell für eine sehr mäßige Idee, eine OPV-Schaltung mit stetigem Sollverhalten als MITGEKOPPELTE Struktur aufzubauen. Das schreit geradezu nach Ärger. Ich weiss wohl, dass Mitkopplung z.B. auch beim Sallen-Key-Filter zu finden ist; dort weist aber jedes anständige Buch darauf hin, dass die Struktur nicht für höhere Polgüte geeignet ist. Wenn man schon glaubt, mitkoppeln zu müssen, sollte man wenigstens nicht bis auf 0.01% an die Stabilitätsgrenze herangehen. Dann noch - wie in unserem Falle geschehen - zwei OPVs in der Mitkopplungsschleife unterzubringen ist mMn sträfliche Dummheit. > Auch induktive Komponenten in der Last sind schlecht > für die Stabilität. Das kam bei uns noch dazu: Die Last konnte deutliche Blindanteile haben.
Yalu X. schrieb: > In den allermeisten Fällen hat die Howland-Stromquelle gegenüber der > Opamp-Transistor-Shunt-Schaltung aber keine Vorteile, sondern nur > Nachteile, weswegen sie auch nur sehr selten eingesetzt wird. Ich sehe den hauptsächlichen Anwendungsfall in einigermaßen genauen Stromquellen, wo die Last auf Masse hängen muss.
Die Howland - Stromquelle hat es in die Literatur geschafft - und da bleibt sie dann halt auch für die nächsten hundert Jahre. Man kann sie halt auch so schön rechnen. Aber es ist ein Elend, wenn die Last - wie in unserem Fall an einem Widerstandsmessgerät - induktive Anteile hat. Dann isses vorbei mit der Glückseligkeit, nur zwei Potis bedienen zu müssen. Da einige dekadisch gestaffelte Ströme erzeugt werden sollten, gab das ein erstklassige Abgleichorgie: In dem Fall konnte man von einer Stromquäle sprechen. Kurz und gut: Das Ding ist nicht so einfach, wie es aussieht. Ich bleibe dabei: Nie wieder! Spannungsquelle - Transsitor oder Leistungsendstufe - Shunt mit Instrumentenverstärker - Regler, das ist der Weg. Wenn der Shunt zwischen Last und FE sein darf, reicht ein OP an Stelle des Instrumentenverstärkers.
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Okay, also neigt die Howland-Stromquelle zur Instabilität und als composite Amplifier erst recht. hmmmmm..., okay. Ihr habt von der "Opamp-Transistor-Shunt-Schaltung" gesprochen, meint ihr diese Schaltung (Anhang:Stromquelle) oder eine andere? Wenn ihr eine andere meint, könntet ihr mir eine gute Quelle für diese Schaltung geben, damit ich mich da etwas informieren kann? Gruß Jens
Das ist gedruckter Murks aus dem Tietze-Schenck. Nochmal die Frage: Muss der Strom bipolar sein oder reicht unipolar, was die Geschichte deutlich vereinfacht? Muss die Last direkt an GND hängen oder darf ein Shunt dazwischen sein?
Die Stromquelle sollte bipolar sein bei einer schwimmenden Last.
ths schrieb: > Aber es ist ein Elend, wenn die Last - wie in unserem Fall an einem > Widerstandsmessgerät - induktive Anteile hat. Wobei man sagen muss, dass induktive Lasten ein generelles Problem bei Konstantstromquellen, nicht nur bei der Howland-Quelle, sind. Das liegt daran, dass die Induktivität ein Tiefpassverhalten in der Gegenkopplung verursacht. Wenn man die Last ungefähr kennt, kann man deren negative Einflüsse kompensieren, das geht aber auch bei der Howland-Quelle. Jens Jensen schrieb: > Ihr habt von der "Opamp-Transistor-Shunt-Schaltung" gesprochen, meint > ihr diese Schaltung (Anhang:Stromquelle) oder eine andere? Ich dachte eigentlich an die unipolare Variante dieser Schaltung, die nur mit einem einzelnen Opamp auskommt. Das wäre der Schaltungsteil bestehend aus OV2, T1 und R1. Aber die Quelle soll ja bipolar sein. thomas s schrieb: > Das ist gedruckter Murks aus dem Tietze-Schenck. Ist die Schaltung wirklich so schlimm? Je nach Typ der Mosfets gehören in die beiden Schaltungsteile rechts noch passende Widerstände und Kondensatoren gegen das Überschwingen hin, aber sonst? Jens Jensen schrieb: > Die Stromquelle sollte bipolar sein bei einer schwimmenden Last. Meinst du mit "schwimmend", dass die Last keinen Massebezug braucht? Evtl. reicht dann diese sehr einfache Schaltung aus dem Wikpedia-Artikel https://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle#Mit_Operationsverst.C3.A4rker die linke Schaltung in dieser Abbildung: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/28/Quelle_I-OPV.svg Natürlich brauchst du auch hier einen Opamp, der den recht hohen Ausgangsstrom liefern kann. Außerdem solltest du vor den Eingang einen Spannungsteiler schalten, damit der Spannungsabfall an R_M nicht zu hoch wird. Aber auch hier stellt sich die Frage nach induktiven Komponenten in der Last. Außerdem sind der maximale Spannungsabfall an der Last und die geforderte Genauigkeit und Bandbreite für die Auslegung der Schaltung von Bedeutung. Du schriebst eingangs etwas von Rauschen. Ist das Rauschen bei einer so einer dicken Stromquelle wirklich ein Thema?
Yalu X. schrieb: > thomas s schrieb: >> Das ist gedruckter Murks aus dem Tietze-Schenck. > > Ist die Schaltung wirklich so schlimm? > > Je nach Typ der Mosfets gehören in die beiden Schaltungsteile rechts > noch passende Widerstände und Kondensatoren gegen das Überschwingen hin, > aber sonst? Es gibt ja noch ein paar mehr Schaltungen der "wir messen den Versorgungsstrom eins Op-Amps und machen was damit" und die waren bei mir bisher eher alle Murks. Die hier sieht so aus, als könnte sie, mit ein paar kleinen Verbesserungen, tatsächlich halbwegs funktionieren für Ausgangsstrom >>> Ruhestrom.
Marian B. schrieb: > ... tatsächlich halbwegs funktionieren für Ausgangsstrom >>> Ruhestrom. Die Schaltung ist schon ziemlich tricky. Der Ausgangsstrom ist tatsächlich der skalierte durch R3 fließende Strom. Der Ruhestrom von OV1 erzeugt nur einen Ruhestrom der Endstufe, da low und high side identisch angesteuert werden. Der Witz der 3 unterschiedlichen OPs sind die Anforderungen: OV1: möglichst geringer Ruhestrom (LF411 200µA) OV2: Gleichtaktbereich Ue bis positive Versorgung OV3: Gleichtaktbereich Ue bis negative Versorgung
Es ist sehr unschön, dass R1 zweimal vorkommt, damit gibt es für positive und negative Ströme geringfügig andere Verstärkungsfaktoren, dass viel Leistung drüber verbraten wird (müsste man mal genauer nachrechen) und dass keine Vierleiterausführung geht.
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