4-20mA Stromtransmitter für eine Fotodiode

[Frank (Gast)]

Hallo,
mein Name ist Frank, ich studiere und habe dementsprechend noch nicht so 
viel Erfahrung was Elektronische Schaltungen angeht. Ich habe ein 4-20mA 
Stromtransmitter mit dem ich eine Fotodiode Auswerten muss selber zu 
entwickeln. Leider bin ich noch weit von den gewünschten Ergebnissen und 
merke, dass ich ohne Hilfe nicht weiter komme.

Zur Schaltung:
    -Fotodiode Ersatzschaltung (U_out = 0.4 bis 2V, Fotodiode 0 bis 1A)
    -Stromregelung (R1,R2 und R3,R4 sind noch zu dimensionieren so, dass 
ich an R_Mess 4 bis 20mA Strom bekomme)
    -Spannungsregler(Versorgt die Schaltung mit 6.6V)

Ich habe ein sehr ähnlicher Beitrag hier gefunden, bin aber anscheint 
nicht fähig daraus mit noch hilfreiche Informationen raus zu finden.

Bitte helfen Sie mir weiter mit dem Dimensionierung von dem 2 
Spannungsteiler bei der Stromregelung und geben Sie mir 
Verbesserungsvorschläge für die gesamte Schaltung. Wie z.B bessere OPV, 
Transistoren u.s.w.

Vielen Dank im Voraus!

[Falk B. (falk)]

@Frank (Gast)

>Verbesserung.jpg
> 263 KB, 10 Downloads
>Verbesserung1.jpg
> 152 KB, 11 Downloads


>mein Name ist Frank, ich studiere und habe dementsprechend noch nicht so
>viel Erfahrung was Elektronische Schaltungen angeht.

Und was Bildformate angeht. Schaltplan als PNG Datei generieren.
Und was das Schaltplanzeichen angeht.

Schaltplan richtig zeichnen

Positive Spannungen immer oben, negative unten.



>Zur Schaltung:
>    -Fotodiode Ersatzschaltung (U_out = 0.4 bis 2V, Fotodiode 0 bis 1A)
>    -Stromregelung (R1,R2 und R3,R4 sind noch zu dimensionieren so, dass
>ich an R_Mess 4 bis 20mA Strom bekomme)
>    -Spannungsregler(Versorgt die Schaltung mit 6.6V)

Das passt so nicht. Durch den Spannungsteiler R10/R11 hängt dein OFFSET 
der Photodiode an der VARIABLEN Speisespannung.
Ebenso R3/R4. Wenn du eine konstante Referenzspannung für Offsets 
brauchst, musst du die von einer lokalen Referenzspannung erzeugen.
Dein rechter Teil für die Versorgung ist unsinnig kompliziert. Es reicht 
eine einfache Spannungsquelle. Den Schleifenstrom misst man einfach mit 
einem Shunt in der Rückleitung nahe GND.

[Frank (Gast)]

Hallo Falk Brunner,

danke für die schnelle Antwort. Also dann hänge ich R10,R11 an separater 
Quelle an. Was R3,R4 angeht, hat mir mein Professor gesagt, dass es so 
gemacht wird, wollte mir aber nicht weiter erklären wie ich die 
dimensioniere. Die Versorgung muss ich mit einem 
Spannungsregler(Ersatzschaltung) realisieren, deswegen habe ich das so 
kompliziert gemacht.

freundliche Grüße

[Jörg H. (sonichazard)]

So geht`s leider nicht!

Ein 4-20mA Transmitter ist ein Zwei-Draht-Sensor. Wenn Du den Plan 
umzeichnest und die GND mal verbindest wird das Problem auch eher 
sichtbar.
Zwei Schutzdioden sind auch Quatsch.

Für die Auswertung wird eine geregelte Spannungsversorgung benötigt.
Warum kann man keinen 7805 o.ä. einsetzen? Der Ruhestrom beträgt bei den 
alten Teilen bis zu 8mA. Damit kann man keine 4mA Minimum erreichen. Es 
ist also ein Regler mit niedrigem Ruhestrom nötig oder eine 
entsprechende Schaltung wie im Schaltplan angedeutet nötig. Doch Die 
Dimensionierung der Widerstände ist falsch. Bei 6,6V gehen über die 
Widerstande fast 16mA!!
Grober Fehler!

Schau Dir doch mal den BB XTR115 an. Auch wenn du den nicht verwendest 
sollte es dir vom Verständnis helfen. Der Unterschied liegt 
hauptsächlich darin, dass Kollektor des Transistors zur Stromeinstellung 
beim XTR an der Versorgungsspannung liegt und bei deiner Schaltung an 
der geregelten Spannung angeschlossen ist. Ist aber beides möglich.
Wenn Du das Prinzip des XTR verstanden hast, sollte es Dir möglich sein 
das Ganze auf deine Schaltung zu übertragen.

Viel Erfolg

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Als Beispiel für einen 2-Draht Stromschleifensensor hänge ich dir mal 
ein Temperaturgeber an, der allerdings in weiten Grenzen auf andere 
Gegebenheiten agepasst werden kann.
Wichtig ist die Verwendung von Low Power Rail-to-Rail Opamps, sonst 
funktionierts nicht.

[Frank (Gast)]

Vielen Dank für ihre Verbesserungsvorschläge, ich versuche diese in den 
nächsten paar Tage umzusetzen und lade ein update hoch.

Beste Grüße

[F. F. (foldi)]

Falk B. schrieb:
> Fotodiode 0 bis 1A

Welche Fotodiode kann denn bis 1A?

[F. F. (foldi)]

Matthias S. schrieb:
> Als Beispiel für einen 2-Draht Stromschleifensensor hänge ich dir mal
> ein Temperaturgeber an,


/off topic

Hallo Matthias,

habe noch nie was mit 7905 gemacht, aber schon zig Schaltungen gesehen. 
Jetzt stutze ich doch, als ich deinen Plan sah.
So habe ich das noch nicht gesehen. GND direkt an V+?

Habe dann mal das Blockschaltbild angesehen. Interessant.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

F. F. schrieb:
> GND direkt an V+?

Ja, das ist doch ein Regler für negative Spannungen :-P Für ihn ist also 
GND auf dem Pluspol und IN auf Minus. Die Opamps bekommen also 5V.

[F. F. (foldi)]

Danke Matthias!
Dass das ein negativer Regler ist, weiß ich und ich kenne halt nur 
Schaltungen für symmetrische Netzteile, mit negativer Spannung. Da ist 
dann aber immer ein Kondensator dazwischen.
So wie im angehängtem Bild.

Aber egal. Vielen Dank für dieses für mich wertvolle neue Wissen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

F. F. schrieb:
> Da ist
> dann aber immer ein Kondensator dazwischen.

Du meinst den zwischen IN und GND des Reglers? Der würde das Signal 
etwas verschleifen. Man kann einen vorsehen, wenn der Regler zum 
Schwingen neigt, war bei meinen Versuchen aber nicht nötig.
Wenn man den oberen Teil deines Netzteiles weglässt, bleibt nur der 
negative Zweig und der ist praktisch das gleiche wie in meinem 
Stromschleifen Dingens.

[F. F. (foldi)]

Matthias, ich glaube ich bin zu blöd einen Schaltplan zu lesen.
Oh mein Gott!
Jetzt ist alles klar.

[Frank (Gast)]

Hallo,

ich habe die Schaltung ein bisschen bearbeitet und jetzt bekomme ich 
meine 4-20mA am R_Mess. Allerdings ist die eine Halbperiode stark am 
Oszillieren. Bette entschuldigt mich, wenn ich euch zu dumm erscheine. 
Wie gesagt ich bin noch am Studieren, möchte die Schaltung verstehen 
aber mir fehlt noch viel. Mein Spannungsregler habe ich aus "Halbleiter 
Schaltungstechnik" von Tietze und Schenk, er macht aber auch noch was er 
soll. Im Buch stand eine kurze Formel zu der Dimensionierung, es kommt 
aber nicht raus was es kommen soll.

Grüße

[Falk B. (falk)]

@Frank (Gast)

>meine 4-20mA am R_Mess. Allerdings ist die eine Halbperiode stark am
>Oszillieren.

Mach mal 100pF vom Ausgang U1 zum invertierenden Eingang.

[F. F. (foldi)]

Guck mal meinen Anhang.
Den kleinen Ausreißer nach oben kriegst du sicher auch noch weg.

[Falk B. (falk)]

@F. Fo (foldi)

>Guck mal meinen Anhang.

Guggst du Anhang, siehst du Fehler, Alda!

>Den kleinen Ausreißer nach oben kriegst du sicher auch noch weg.

Ja, indem man C2 enfernt und wie empfohlen zwischen den Ausgang von U1 
und dessen invertierenden Eingang schaltet.

[F. F. (foldi)]

Habe ich mal gemacht, sah nicht so gut aus.
Mache das aber noch mal.

Falk, hatte da wohl einen Fehler gemacht. So klappt das.
Das andere habe ich ja nur gemacht, weil das erst so nicht funktioniert 
hat, wie du das schriebst.
Aber so ist perfekt. Allerdings habe ich 22p reingebaut und die 
Widerstände noch etwas angepasst. R5=78R und R_mess= 90R

[F. F. (foldi)]

Sieht dann so aus.

[Falk B. (falk)]

@ F. Fo (foldi)

>Aber so ist perfekt.

Die Geschichte der Frequenzgangkompensation ist eine Geschichte voller 
Mißverständnisse . . . ;-)

> Allerdings habe ich 22p reingebaut und die
>Widerstände noch etwas angepasst. R5=78R und R_mess= 90R

Die sind in erster Näherung egal, ob das 100R oder sonstwas ist.

[F. F. (foldi)]

Ich habe da erstes mal richtig mit zu tun gehabt, als ich die 
Sprechanlage für ein Behindertenfahrzeug aus einem Verstärker gebaut 
hatte.

Aber seit ihr mich  an Spice ran geführt habt, kann ich ja auch mal 
gefahrlos spielen ... und keinem tut es weh.