Spannungsgesteuerte Stromquelle schwingt

[Silvio G. (technofreak)]

Hallo,

ich habe ein Problem mit einer Schaltung (siehe Anhang). Ich möchte mit 
einer Eingangsspannung von 0...1V einen Strom von 0...30mA einstellen. 
Die Last soll dabei auf der Masseseite hängen (zwischen K3: 1V(PT1000) 
und Gnd).

Verwendete Schaltkreise:
LM258AMX von Fairchild
AD8227 von Analog Devices
BCX56 Hersteller: ???
DC/DC-Wandler: ISE0524A von XP Power

Ich nutze einen OPV um die 1V auf 11Volt zu verstärken. Der zweite OPV 
soll dann mit nachgeschaltetem Transistor den Strom regeln. Dazu bekommt 
er die 0...11V als Sollwert. Den Istwert generiere ich über den 
Spannungsabfall über einen Widerstand, der mittels 
Instrumentenverstärker auf eine Spannung gegen Masse umgesetzt wird.

Mein Problem: die Schaltung schwingt mit mehreren kHz. Die 0...11V sind 
stabil, aber die Stromregelung funktioniert nicht. Sobald ich mit der 
Eingangsspannung in den Bereich komme, wo der Instrumentenverstärker im 
gültigen Arbeitsbereich arbeitet fängt die Schaltung an zu schwingen 
(voller Aussteuerbereich des Transistors).

Folgendes habe ich schon versucht:
- Transistor weggelassen, Strommesswiderstand direkt an OPV-Ausgang
  Die starken Schwingungen sind weg, aber immernoch 100...200 mV
  Welligkeit nun mit ca. 300 kHz.
  Abschalten des daneben stehenden Lötkolbens lässt die Schaltung wieder
  schwingen, erst Versorgungsspannung abschalten hilft.
- 100µF Kondensator direkt am DC/DC-Wandler: kein Unterschied

Hat jemand eine Idee?


Silvio

[ths (Gast)]

Zwischen dem Ausgang des AD8221 und den -Eingang des IC3b58 einen ca. 10 
k Widerstand einbauen. Vom -Eingang auf den Ausgang des IC3b 1 kOhm mit 
1 nF in Reihe einbauen. Bisschen mit den Werten spielen.

Bei IC IC3A möchte der +Eingang hochohmig an GND, ca. 100 kOhm.

[ths (Gast)]

Achja, der Eingang des AD8227 braucht ein bisschen Abstand zur 
Betriebsspannung. Kann ich hier nicht beurteilen.

[Michael B. (laberkopp)]

Silvio G. schrieb:
> Mein Problem: die Schaltung schwingt mit mehreren kHz.

Das ist ja wohl kein Wunder.

JEDE derartige Stromquelle hat IMMER ein Kompensationsglied aus Rx und 
Cx, angepasst an schnelle Reaktion ohne Überschwinger, und du hast sogar 
zusätzlich NOCH einen InstrumentenOpAmp im Regelkreis.

                                  +--o
                                  |
                   LM358          |
               -----|+\           |
                    |  >--+------|< BCX56
                 +--|-/   |       |E
                 |       Cx       |
                 |        |       |
                 +--------+--Rx---+
                                  |
                                 75R
                                  |
               -------------------+--o

[Possetitjel (Gast)]

Silvio G. schrieb:

> ich habe ein Problem mit einer Schaltung (siehe Anhang).
> Ich möchte mit einer Eingangsspannung von 0...1V einen
> Strom von 0...30mA einstellen. Die Last soll dabei auf
> der Masseseite hängen (zwischen K3: 1V(PT1000) und Gnd).

Das ist relativ aufwändig.

Erstmal: Deine Schaltung ist ungeeignet -- und insgesamt
etwas unclever.

Zum einen sind zuviele Verstärker in der Rückkoppelschleife;
zum anderen ist der npn-Transistor nur für eine StromSENKE
(gegen Masse) geeignet.
Außerdem scheint es mir nicht sinnvoll, mit unipolarer
Versorgungsspannung herumzubasteln, wenn man sowieso einen
DC/DC-Wandler zur Speisung verwendet.

Für eine Stromquelle mit Bipolartransistor brauchst Du im
einfachsten Falle einen pnp-Transistor; der muss natürlich
mit Emitter gegen +Ub gepolt werden.
Also musst Du auch die auf Masse bezogene Steuerspannung so
ummodeln, dass die Differenz (+Ub-Us) steuernd wirkt. Das
geht im einfachsten Fall mit einem invertierenden Verstärker.

Es gibt aber noch zahlreiche andere Möglichkeiten; am Besten
wäre, Du würdest erstmal Dein Problem genau schildern und
nicht schon die vermeintliche Lösung.

[Michael B. (laberkopp)]

Possetitjel schrieb:
> Erstmal: Deine Schaltung ist ungeeignet -- und insgesamt
> etwas unclever.
> Zum einen sind zuviele Verstärker in der Rückkoppelschleife;
> zum anderen ist der npn-Transistor nur für eine StromSENKE
> (gegen Masse) geeignet.
> Außerdem scheint es mir nicht sinnvoll, mit unipolarer
> Versorgungsspannung herumzubasteln, wenn man sowieso einen
> DC/DC-Wandler zur Speisung verwendet.

Hmm, deine 'Lösung' erscheint aber viel viel schlechter:

> Für eine Stromquelle mit Bipolartransistor brauchst Du im
> einfachsten Falle einen pnp-Transistor; der muss natürlich
> mit Emitter gegen +Ub gepolt werden.
> Also musst Du auch die auf Masse bezogene Steuerspannung so
> ummodeln, dass die Differenz (+Ub-Us) steuernd wirkt. Das
> geht im einfachsten Fall mit einem invertierenden Verstärker.

[Der Andere (Gast)]

Possetitjel schrieb:
> Es gibt aber noch zahlreiche andere Möglichkeiten; am Besten
> wäre, Du würdest erstmal Dein Problem genau schildern und
> nicht schon die vermeintliche Lösung.

Jepp, Messen eines PT100/0 macht man eher anders. Siehe z.B.
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.32

[Possetitjel (Gast)]

Michael B. schrieb:

> Hmm, deine 'Lösung' erscheint aber viel viel schlechter:

Mir ist inzwischen egal, wie Dir meine Lösung erscheint.

[Silvio G. (technofreak)]

Hallo,

erstmal vielen Dank für die Hilfe. Es scheint als wären die Probleme 
beseitigt.

Ich habe nach den Vorschlägen folgende Änderungen durchgeführt (siehe 
Schaltplan):

- 100µF Kondensator (C7) am DC/DC-Wandler wie im Eingangspost erwähnt 
ist
  geblieben
- 0...1V Einspeisung mit 100k belastet (R17)
- zwischen Ausgang AD8227 und IN- vom OPV 3b 10K eingefügt (R15)
- zwischen Ausgang OPV 3b und IN- vom OPV 3b Reihenschaltung aus 1k 
(R16)
  und 1nF (C6) eingefügt

Alles ersteinmal mit bedrahteten Bauelementen mit ziemlich langen 
Anschlussbeinen ausgeführt. Konnte die ganze Schaltung nicht mehr zum 
Schwingen bringen, die Restwelligkeit über die 2,2k Last beträgt jetzt 
ca. 30mVss. Weder das Verstellen der Eingangsspannung noch äußere 
Einflüsse (Ein- und Ausschalten von Lötstation, Leuchtstofflampe, ...) 
konnte die Schaltung stören. Ich werde aber noch weiter testen ob es 
wirklich stabil läuft.

Zum Hintergrund der Anwendung:
Diese Schaltung ist Teile einer größeren Schaltung, mit der Verschiedene 
Sensoren gemessen werden sollen. Dazu stehen 2 AD-Wandler zur Verfügung, 
und es sollen mindestens folgende Größen gemessen werden:

0...10V
0...20mA
Temperatur (PT1000)
evtl. Schwingungsmessung über IEPE-Verfahren
evtl. Stromquelle zur Überprüfung von 0...20mA Auswertegeräten

Strom- und Temperaturmessung sind im Endeffekt Spannungsmessung über 
externe Messwiderstände (Temperatur: Reihenschaltung aus 1k (genaue 
Strommessung) und PT1000). Alle Sensoren werden über den Gleichen 
Steckverbinder angeschlossen und notwendige Zusatzbeschaltung (Z.B. 
Messwiderstände) sind im Stecker untergebracht. Dazu auch K4 und R1 zum 
Anschluss externer Kodierwiderstände für die automatische 
Sensorerkennung.

Vielen Dank noch mal an alle Helfenden.


Silvio