Spannungsgesteuerte Stromquelle verzehrt Signal

[Ludger (Gast)]

Hallo Zusammen!

Ich bin gerade dabei eine Spannungsgesteuerte Stromquelle zu entwickeln. 
Diese soll den Stromfluss durch eine LED regeln, um somit die Helligkeit 
variieren zu können. Die dargestellte Schaltung funktioniert soweit gut.

Ich hab bei der Schaltung allerdings die Beobachtung gemacht, dass das 
Ausgangssignal (gemessen über R3) verzehrt wird. Das Signal enthält 
deutlich die n-ten Oberwellen des Grundsignals. Es findet meiner Ansicht 
nach somit eine Kompression des Signals statt. Würde der OP an seinen 
Grenzen betrieben, könnte ich mir erklären, wie es zu der Verzehrung 
kommt. Da dieser allerdings noch ca. 2V5 Reserve zur Spannungsversorgung 
hat, leuchtet mir nicht ein, dass diese die Ursache für die Verzehrung 
ist.

Hat jemand eine Idee, was die Ursache für die Verzehrrungen des 
Ausgangssignal sein können.

Gruß Ludger

[Tom (Gast)]

Bei 20 MHz ist das gain bandwidth product des OP interessant.

[edgar S. (hbl333)]

Ludger schrieb:
> verzehrt

uj schmeckt das gut

[Harald W. (wilhelms)]

Ludger schrieb:

> Stromquelle verzehrt Signal

Guten Appetit.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Ludger schrieb:
> soll den Stromfluss durch eine LED regeln, um somit die Helligkeit
> variieren zu können.

Bei 20MHz? Was soll der ScheXXX?

[Der Andere (Gast)]

Ist der OP schnell genug?
Wenn das ein schneller OP ist er in der Betriebsart stabil?
Ist die Kompensation (C26?) korrekt? Die kann man nicht unbedingt 
berechnen, da muss man probieren.
Ist die Bandbreite des OPs hoch genug?

Wie sieht ein Sprung bzw ein Rechteck aus? Da sieht man ggf. die 
Überschwinger im Zeitbereich und kann versuchen das an dem C26? zu 
korrigieren.

[John D. (Gast)]

Axel S. schrieb:
> Ludger schrieb:
>> soll den Stromfluss durch eine LED regeln, um somit die Helligkeit
>> variieren zu können.
>
> Bei 20MHz? Was soll der ScheXXX?

20MHz und ein Spektrum? Offensichtlich geht es um eine Form von 
Signalübertragung.
Ja, ich würde mir auch einmal das Datenblatt des OPV anschauen - aber 
auch das der LED. 20MHz ist für manche LED ein Klacks (RCLED), für viele 
andere aber zu hoch.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Eine solche Stromquelle ist bei 20MHz sowieso nicht mehr geeignet.
Das wuerde man anders realisieren.

Was soll das Ganze ?

[Jens W. (jensw)]

Das könnte auch am Konzept liegen.
Versuche mal den FET durch einen NPN Transistor zu ersetzen.

Warum:
- Der FET stellt eine kapazitive Last für den OP dar. Das beinhaltet 
eine weitere Phasendrehung um 90°. Da kann das System schnell instabil 
werden.
- Der Fet ist ein spannungsgesteuertes Bauteil. In dem Bereich, in dem 
du den aber betreiben willst ist sehr klein. Nur ein paar mV. Da hat der 
OP kaum Aussteuerungsgrad und muss sehr genau gehen.
- FETs sind meißtens auf Schalten optimiert. Die Betriebsart hier ist 
aber im linearen Bereich mit Verlustleistung. NPN Transistoren können 
konstruktiv bedingt besser mit der Verlustleistung umgehen.

Wenn du den NPN Transistor nimmst, stellst du den Regelkreis um auf 
Stromsteuerung. Das ist für die OP deutlich einfacher zu händeln. Die 
kapazitive Last hast du dann auch nicht mehr.

Ich würde den Basiswiderstand auf 1kOhm setzen und einen kleinen, 
schnellen Transistor versuchen.


Grüße, Jens

[Achim S. (Gast)]

Ludger schrieb:
> Es findet meiner Ansicht
> nach somit eine Kompression des Signals statt.

und wenn du die Eingangnsamplitude etwas kleiner machst oder etwas nach 
oben bzw. unten verschiebst: wird es dann schlagartig besser?

Ansonsten wäre nicht schlecht zu wissen
- welcher OPV
- welche Versorgungsspannungen
- welcher FET
- welche LED (die Stromänderung an R3 wird ggf. nicht die 
Helligkeitsänderung der LED repräsentieren)
- welcher Maximalstrom
- welcher Minimalstrom (insbesondere: kommst du mit dem Strom nahe an 0, 
wo die Kennlinie der LED besonders nichtlinear wird)

Denn all das kann zur Verzerrung führen.

Irgendwie kriege ich auch deine Zeitmessung von OP_out und die Höhe der 
Grundwelle im Spektrum nicht unter einen Hut. Variiert die Spannung an 
R3 stärker als die Ausgangsspannung des OPV, oder interpretiere ich die 
Skalierung deines Spektrums falsch?

[Pandur S. (jetztnicht)]

Eine schnelle DC Stromquelle erziehlt man zB mit einem Stromspiegel. Der 
Innenwiderstand ist dann halt nicht mehr Unendlich, sondern etwas 
weniger. Die Modulation erzielt man dann mit Aufpraegen des Stromes.

[Ludger (Gast)]

Achim S. schrieb:
>und wenn du die Eingangsamplitude etwas kleiner machst oder etwas nach
>oben bzw. unten verschiebst: wird es dann schlagartig besser?

eine Änderung der Eingangsamplitude führt zu keiner nennenswerten 
Veränderung (Abstand zwischen der Grundwelle und erster Oberwelle, die 
erster Oberwelle verschwindet nur irgendwann im Rauschen).
Das hatte ich auch schon überlegt, dass die Verzerrungen verschwinden 
müssten, wenn man die Amplitude des Eingangssignals reduziert.

> - welcher OPV
ADA4860. Der hat ein GBW von 800MHz

> - welche Versorgungsspannungen
Der OP wird mit +-5V betrieben. Die LED wird mit 7V versorgt

> - welcher FET
SI1012CR

> - welcher Maximalstrom
200mA

> - welcher Minimalstrom (insbesondere: kommst du mit dem Strom nahe an 0,
wo die Kennlinie der LED besonders nichtlinear wird)
20mA

> - welche LED (die Stromänderung an R3 wird ggf. nicht die
>Helligkeitsänderung der LED repräsentieren)
Nehmen wir an die Helligkeit ist linear zum Stromfluss durch die Dioden, 
müsste die Stromänderung doch die Helligkeitsänderung der LED 
repräsentieren oder? Zu vernachlässigen wäre dabei natürlich der Strom, 
der sich ggf. durch den Kondensator und R2 bzw. durch die Gate-Kapazität 
des FET einschleichen.


Jens W. schrieb:
>Das könnte auch am Konzept liegen.
>Versuche mal den FET durch einen NPN Transistor zu ersetzen.
Kannst du da einen empfehlen? ich konnte auf die schnelle keinen finden, 
welcher meinen Anforderungen entspricht.
Liege ich zudem richtig in der Annahme, dass die Transitfrequenz des 
Transistors nicht kleiner 800MHz sein sollte? damit die Stromverstärkung 
bei 20MHz noch im Bereich von 40 liegt?


Oh Doch schrieb:
>Eine solche Stromquelle ist bei 20MHz sowieso nicht mehr geeignet.
>Das wuerde man anders realisieren.
Wie wuerde man es denn realisieren?

Gruß Ludger

[Pandur S. (jetztnicht)]

Stromspiegel.

[Achim S. (Gast)]

Ludger schrieb:
> Zu vernachlässigen wäre dabei natürlich der Strom,
> der sich ggf. durch den Kondensator und R2 bzw. durch die Gate-Kapazität
> des FET einschleichen.

das sind aber schon das ein oder andere mA. Außerdem hat ggf. auch die 
LED eine Kapazität, so dass nicht jede Stromänderung durch sie direkt in 
eine proportionale Intensitätsänderung umgesetzt wird.

Ludger schrieb:
> eine Änderung der Eingangsamplitude führt zu keiner nennenswerten
> Veränderung (Abstand zwischen der Grundwelle und erster Oberwelle, die
> erster Oberwelle verschwindet nur irgendwann im Rauschen).
> Das hatte ich auch schon überlegt, dass die Verzerrungen verschwinden
> müssten, wenn man die Amplitude des Eingangssignals reduziert

Ok, spricht zumindest schon mal dafür, dass es keine 
Anstiegszeitbegrenzungen sind (die hätte geringer werden müssen).

Hast du die Amplitude symmetrisch zu Mitte geändert (als Mittelwert 
bleibt gleich, I_max und i_min rücken nächer zur Mitte)? Oder ist I_max 
oder I_min gleich geblieben und nur der jeweils andere Wert wurde 
verändert. Im zweiten Fall würde es sich lohnen, auch den bisher fixen 
Parameter zu variieren (d.h. auf beiden Seiten mehr Abstand zum "Rand" 
zu lassen, falls du doch irgendwo zu nahe an den "Rand"  des 
Arbeitsbereichs kommst).

Ludger schrieb:
> ADA4860. Der hat ein GBW von 800MHz

und einen niederohmigen -Eingang (current feedback OPV). Kann sein, dass 
dir das in dieser Schaltung Probleme macht, müsste ich mal länger drüber 
nachdenken.

Hast du dich denn penibel an die Supply-Bypassing und an die LAYOT AND 
CIRCUIT BOARD PARASITICS Vorschriften gehalten? Insbesondere parasitäre 
Kapazitäten an den Eingängen im Blick behalten? Im Datenblatt 
diskutieren sie die Einflüsse von 0,4pF an der Stelle, die hat man sehr 
schnell zusammen.

[Jens W. (jensw)]

Hallo Ludger,

die Transitfrequenz ist ja die, bei der die Verstärkung 1 erreicht. Die 
sagt da noch nicht so viel aus. Aber klar, bei steigender Frequenz wird 
die Verstärkung kleiner.
Vielleicht klappt auch eine Darlingtonschaltung.


Du musst nur darauf achten:
Wenn der Strom durch die Transistoren zu 0 wird oder maximal wird, dann 
sättigt der Transistor. Um dann den Stromfluss zu ändern brauchst du 
eine gewisse Ladung und dadurch bekommt man Verzugszeiten und damit wird 
die Bandbreite auch klein.
Der Trick ist es immer einen gewissen Ruhestrom durch den Transistor 
fließen zu lassen.
Im Prinzip ist das dann auch genau das was mein Vorredner meinte mit dem 
Stromspiegel.

Anbei eine Simulation auf die Schnelle. Der Transistor kann die Frequenz 
fast, aber nicht die Verlustleistung. Da müsste man noch was machen.

Ich schau mal was ich noch zu Hause an Schaltungen habe. Ich denke um 
das sauber zu machen musst du den Aufwand in der Schaltung noch weiter 
erhöhen. Also wahrscheinlich doch ein Stromspiegel.

Gruß, Jens

[Achim S. (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Kann sein, dass
> dir das in dieser Schaltung Probleme macht, müsste ich mal länger drüber
> nachdenken.

Was das Nachdenken angeht: ich hab stattdessen simuliert, geht einfacher 
;-)

tatsächlich verzerrt der ADA4860 in der Simu bei deiner Schaltung 
bereits kräftig (1. Oberwelle hat weniger als 40dB Abstand zur 
Grundwelle). Wenn Rf in der Simu von 499 auf 100 Ohm geändert wird, 
verbessert sich der Abstand von Grundwelle zu Oberwelle um 14dB. Kannst 
du ja vielleicht auch mal in deiner Schaltung ausprobieren.

[Ludger (Gast)]

Achim S. schrieb:
>tatsächlich verzerrt der ADA4860 in der Simu bei deiner Schaltung
>bereits kräftig (1. Oberwelle hat weniger als 40dB Abstand zur
>Grundwelle). Wenn Rf in der Simu von 499 auf 100 Ohm geändert wird,
>verbessert sich der Abstand von Grundwelle zu Oberwelle um 14dB. Kannst
>du ja vielleicht auch mal in deiner Schaltung ausprobieren.

Eine Änderung von Rf auf 100 Ohm führt leider dazu, das die ganze 
Schaltung bei 150MHz anfängt zu schwingen. Dies konnte ich zwar dadurch 
minimieren, das ich den Kondensator von 5p6 auf 18p geändert habe. Ganz 
weg bekomm ich das Schwingen allerdings nicht.
Und der Abstand zwischen der 1. Oberwelle und der Grundwelle steigt auch 
nicht über 40dB hinaus.

Interessant wäre auch, warum ich das in meiner Simulation nicht sehe. 
Das muss ich mir auf jeden Fall nochmal anschauen.