Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OP mit FET und Last-Gegenkopplung


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von Matthias W. (flutschi84)


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Hallo Leute,
ich überlege mir zur Zeit eine Schaltung, um unter vorgegebenen 
Eckdaten, eine induktive Last mit einer Sinusförmigen Wechselspannung zu 
betreiben.

Als gegeben zu betrachten sind folgende Daten:

R Last ( = Spule L1 = Läutwerk aus altem Telefon) soll mit
f = 25 Hz Sinus schwingen, mit einer Amplitude von 50V Spitze Spitze.
Als Versorgungsspannung für das Läutwerk stehen +50V DC stabilisiert zur 
Verfügung (asymetrisch, also keine -Ub vorhanden).
Als Signalquelle soll ein Phasenschieber dienen der im Plan stark 
vereinfacht dargestellt ist. Dieser wird eine sinusförmige Spannung mit 
einer Amplitude von 5 Vss liefern, wobei als negative Spitze 0V und als 
Positive Spitze 5V anzunehmen sind. Als Betriebsspannung für den OP 
stehen +5V DC zur Verfügung. Der OPV ist ein Rail to Rail Typ.

Bei der Bemessung der Widerstände und der Auswahl an Transistoren lasse 
ich mich gerne Beraten, ich wollte erstmal wissen ob der Grundgedanke so 
funktioniert. Insbesondere, weil ich sie Spannungsgegenkopplung aus der 
"Endstufe" beziehen möchte Was meint Ihr?

Danke für eure Meinung


EDIT: Als R5 sind 100k angedacht, nicht 50k!

: Bearbeitet durch User
von ArnoR (Gast)


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Matthias W. schrieb:
> Was meint Ihr?

Nimm dir einen Simulator und schau dir deine Schaltung dort an.

Ich vermute mal, dass die wohl schwingen wird, weil in der 
Rückkoppelschleife des OPV zu viel zusätzliche Verstärkung und 
Phasendrehung auftritt.

Die zusätzliche Verstärkung kommt einerseits durch die Emitterschaltung 
des T1 und andererseits durch die Sourceschaltung mit induktivem 
Lastwiderstand (die Verstärkung steigt mit der Frequenz) des T2 
zustande. Gedämpft wird der Verstärkungsüberschuss zwar durch den 
Verstärkungsfaktor von 11 und die Teilung R3/R4 und R2/Rbe(T1) aber 
vermutlich reicht das nicht.

Die Phasendrehung kommt durch die große Eingangskapazität 
(Miller-Effekt) des T2 bei 1k Quellwiderstand.

Der Sinn von D1 erschließt sich mir nicht. Ich würde auf R2...R4 und D1 
verzichten und die Basis direkt an den OPV-Ausgang anschließen und in 
die Emitterleitung des T1 einen Widerstand schalten. Damit bekommt man 
ein viel besser steuerbares Verhalten bei weniger Schwingneigung.

von Lurchi (Gast)


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Mit der zusätzlichen Verstärkung wird es schwer die Schaltung stabil zu 
bekommen.


Die Telefonklingel sollte auch mit Rechteckspannung klar kommen - ggf. 
HF Störungen könnte ein LC Filter helfen. Das dürfte einfacher sein als 
ein Sinus.

von Possetitjel (Gast)


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Matthias W. schrieb:

> Bei der Bemessung der Widerstände und der Auswahl an
> Transistoren lasse ich mich gerne Beraten, ich wollte
> erstmal wissen ob der Grundgedanke so funktioniert.
> Insbesondere, weil ich sie Spannungsgegenkopplung aus
> der "Endstufe" beziehen möchte Was meint Ihr?

Ich teile die Bedenken, was die Schwingneigung angeht.

Zudem ist die Schaltung meiner Meinung nach stark
übertrieben: Wenn der Oszillator bereits 5Vpp liefert,
die Spule aber 50Vpp benötigt, so ist eine Verstärkung
um Faktor 10 erforderlich. Das schafft ein vernünftiger
Transistor allein; da ist sogar noch Raum für eine
(ohnehin empfehlenswerte) Emittergegenkopplung. BD681
fiele mir dafür ein.

von Matthias W. (flutschi84)


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ArnoR schrieb:
> Ich würde auf R2...R4 und D1
> verzichten und die Basis direkt an den OPV-Ausgang anschließen

Ich dachte mir erst es wäre zu kritisch das so zu machen, da der 
Arbeitsbereich des OP hierdurch sehr klein wird und die Regelschleife 
eine gewisse Instabilität bekommen könnte.
Aber gut, angenommen ich gehe direkt vom OP auf die Basis der ersten 
Emitterschaltung, UND ich ersetzte den FET (T2) gegen einen geeigneten 
PNP Transistor, würde das die Schaltung doch stabiler machen. Oder?



ArnoR schrieb:
> und in die Emitterleitung des T1 einen Widerstand schalten.

Da stimme ich voll und ganz zu



Possetitjel schrieb:
> übertrieben: Wenn der Oszillator bereits 5Vpp liefert,
> die Spule aber 50Vpp benötigt, so ist eine Verstärkung
> um Faktor 10 erforderlich. Das schafft ein vernünftiger
> Transistor allein

Mein Grundgedanke war auch nicht die Verstärkung auf 3 Stufen zu 
Verteilen,
sondern mir die Anpassung des Arbeitspunktes für den Leistungstransistor 
weitestgehend zu sparen (bin nicht gut darin), indem ich alles in eine 
Regelschleife packe. Aber ich sehe ein, dass dies etwas zu optimistisch 
war.



Lurchi schrieb:
> Die Telefonklingel sollte auch mit Rechteckspannung klar kommen

50V Rechteck durch eine Solche Spule zu jagen, wollte ich eher 
vermeiden. Im nahen Umfeld befinden sich empfindliche Schaltungsteile, 
aber auch Signalwege für analoges Audio (die nichts mit dem Läutwerk zu 
tun haben).





Zusaätzlich habe ich die Betriebsspannung der von 50 auf 60V erhöht, um 
der Regelung überhaupt die Chance zu geben auf die angestrebten 50V zu 
kommen.

: Bearbeitet durch User
von ArnoR (Gast)


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Matthias W. schrieb:
> Ich dachte mir erst es wäre zu kritisch das so zu machen, da der
> Arbeitsbereich des OP hierdurch sehr klein wird

Wie kommst du darauf? Der Arbeitsbereich am Ausgang des OPV (also so 
dass der den Transistor halbwegs linear steuert) wäre etwa 0,7V...5V.

Matthias W. schrieb:
> würde das die Schaltung doch stabiler machen. Oder?

Wenn man das sinnvoll dimensioniert, ja.

Man kann aber auch verschiedene andere Dinge machen. Da ja nur eine 
Verstärkung von etwa 10 ab OPV Ausgang gebraucht wird, könnte man der 
Endstufe aus T1/T2 durch lokale Gegenkopplung diese Verstärkung 
verpassen und hat dann nicht mehr das Problem, dass der OPV die 
Leerlaufverstärkung dieser Anordnung in seiner Rückkoppelschleife sieht. 
(siehe Link unten, der rechte Teil mit dem npn und dem Mosfet)

Oder man baut eine Schaltung die das Gewünschte ohne den OPV und seine 
Eigenarten macht.

Beitrag "Re: Lineare Motorsteuerung mit MOSFET und Opamp"

von Matthias W. (flutschi84)


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Ok, das klingt gut.
OPV ist damit aus dem Rennen. Mir fällt auch gerade ein weiterer Grund 
ein der gegen diese Schaltung spricht.
Das Magnetfeld der Spule wird hier nur ein/aus geschaltet, aber nicht 
umgepolt. Das hätte zur Folge dass der Klöppel nur in eine Richtung 
'vibriert', oder womöglich ganz im dortigen Anschlag verharrt.

Ich denke es läuft also auf traditionellen NPN in Emitterschaltung raus.

von ArnoR (Gast)


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Matthias W. schrieb:
> Ich denke es läuft also auf traditionellen NPN in Emitterschaltung raus.

Was sich aber mit dieser Vorgabe nicht verträgt:

Matthias W. schrieb:
> Als Signalquelle soll ein Phasenschieber dienen der im Plan stark
> vereinfacht dargestellt ist. Dieser wird eine sinusförmige Spannung mit
> einer Amplitude von 5 Vss liefern, wobei als negative Spitze 0V und als
> Positive Spitze 5V anzunehmen sind.

Die Emitterschaltung allein arbeitet nicht ab 0V.

von Jens W. (jensw)


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Hallo,

wenn du einen sauberen Sinus haben willst, ist das vielleicht auch eine 
Alternative:
http://www.reichelt.de/Hybrid-ICs/STK-443/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=19658&GROUPID=2938&artnr=STK+443

So eine Schaltung wie du sie brauchst kann man ja auch für schmales Geld 
kaufen. Zugegeben, dass ist vielleicht viel Aufwand, aber dafür wird es 
wenig Probleme mit EMV und Störungen geben, wenn man den Aufbau 
entsprechend gestaltet. Du kannst dir überlegen was wichtiger ist. 
Signalqualität oder Aufwand.

Ich denke auch, dass der Selbstbau mit OPV und Transistor ähnlich viel 
kostet.

Bitte denke auch an die Verlustleistung bei 50V und einem Sinus.

Gruß

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