Messen der Ausgangsimpedanz einer Konstantstromquelle

[Konstantstromquellennutzer (Gast)]

Hallo! Ich habe eine Konstantstromquelle mit einem Bipolartransistor auf 
einem Steckbrett aufgebaut und frage mich gerade, wie ich hier am besten 
die Kleinsignalinnenimpedanz messen kann. Das ganze hat keinen 
weiterführenden praktischen Zweck, es interessiert mich einfach.
Die Schaltung ist im ersten Anhang dieses Posts zu finden.

Mein erster Ansatz war das Aufnehmen einer Messreihe, bei der ich U_a 
variiert habe und I_a mit einem Multimeter gemessen habe (Zweiter 
Anhang). Aus den Messpunkten kann man dann über einen 
Differenzenquotienten den Ausgangswiderstand r_a = u_a / i_a bestimmen. 
Das hat allerdings zwei Nachteile:
1) Die Frequenzabhängigkeit der Ausgangsimpedanz kann nicht gemessen 
werden.

2) Das Aufnehmen der Ausgangskennlinie dauert ziemlich lange und kostet 
Zeit, die man besser anders nutzen könnte.


Nun frage ich mich, ob man hier nicht auch mit einem Signalgenerator und 
einem Oszilloskop vorgehen kann. Auf diese Weise könnte man die 
Ausgangsimpedanz für unterschiedliche Frequenzen messen. Des weiteren 
könnte ich über den xy-Modus meines Oszilloskops die Kennlinie 
visualisieren.
Für diesen Zweck habe ich mir die Schaltung im Anhang 3 überlegt, bei 
der U_sig die Spannung des Signalgenerators darstellt.
Ich traue mich aber nicht die Schaltung aufzubauen, da ich Angst habe 
meinen Signalgenerator zu schrotten. Immerhin agiert er hier als Last 
und nicht als Spannungsquelle. Soweit ich weiss, sind die meisten 
Netzteile für den Betrieb als elektronische Last nicht ausgelegt. Das 
Datenblatt meines Signalgenerators ist leider sehr kärglich. Es handelt 
sich um den JDS6600 
(https://www.reichelt.de/funktionsgenerator-jds6600-60-mhz-joy-it-jds6600-p245324.html?search=JDS6600).
Was sagt ihr dazu? Hält der Signalgenerator die 10mA aus oder wird er 
wahrscheinlich abkratzen?

Grüße und frohes neues Jahr

[Thomas K. (ek13)]

Konstantstromquellennutzer schrieb:
> Ich habe eine Konstantstromquelle „mit einem Bipolartransistor“ auf einem 
Steckbrett aufgebaut

Solltest du gleich als Patent anmelden

[MaWin (Gast)]

Konstantstromquellennutzer schrieb:
> Nun frage ich mich, ob man hier nicht auch mit einem Signalgenerator und
> einem Oszilloskop vorgehen kann.

Kannst du.

Bloss wozu ?

Dein Diagramm erlaubt es, die dynamische Impedanz im Arbeitspunkt (also 
der fast waagerechten Zone) zu bestimmen.

Willst du die Wechselstromimpedanz, speist du einen einen bekannten 
Wechselstrom der für dich relevanten Frequenz ein, und guckst wie sehr 
der durchschlägt, also ausgeregelt wird oder nicht.

Du könntest die Schaltung auch in LTSpice Simulieren, die 
Simulationsergebnisse kommen in diesem Szenario ganz gut hin.

[Konstantstromquellennutzer (Gast)]

MaWin schrieb:
> Willst du die Wechselstromimpedanz, speist du einen einen bekannten
> Wechselstrom der für dich relevanten Frequenz ein, und guckst wie sehr
> der durchschlägt, also ausgeregelt wird oder nicht.

Wie kann ich das denn am einfachsten machen? Ich habe mal eine erste 
Idee als Schaltplan gezeichnet (siehe Anhang). Die Betrachtung des 
Kleinsignalersatzschaltbildes zeigt hier, dass der eingespeiste Strom 
i_a sowohl durch den Transistor als auch durch den Widerstand R_L 
fließt. Das heißt, die Konstantstromquelle würde gar nicht den gesamten 
eingespeisten Strom i_a ausregeln müssen. Natürlich könnte ich jetzt die 
AC-Spannung über R_L messen, um über i_a - i_{R_L} den Kollektorstrom zu 
berechnen. Aber hast du das wirklich so gemeint? Mir scheint es, dass 
ich zu kompliziert denke.

MaWin schrieb:
> Du könntest die Schaltung auch in LTSpice Simulieren, die
> Simulationsergebnisse kommen in diesem Szenario ganz gut hin.

Danke, aber mir geht es bei dieser Frage in erster Linie darum, wie ich 
aufgebaute Schaltungen selber messtechnisch charakterisieren kann.

[MaWin (Gast)]

Konstantstromquellennutzer schrieb:
> Ich habe mal eine erste Idee als Schaltplan gezeichnet

Genau so.

Wenn 1mA zu 1mV Abweichung führt, hat deine Konstantstromquelle 1 Ohm 
Impedanz (bei der Frequenz in dem Arbeitspunkt).

[Klaus R. (klara)]

Konstantstromquellennutzer schrieb:
> Ich habe eine Konstantstromquelle mit einem Bipolartransistor auf
> einem Steckbrett aufgebaut und frage mich gerade, wie ich hier am besten
> die Kleinsignalinnenimpedanz messen kann.

Am einfachsten ist eine Simulation mit LTspice. Hier ein Bespiel von 
Helmut Sennewald.
Beitrag "Re: Innenwiderstand bestimmen mit LTspice?"
mfg Klaus

[Konstantstromquellennutzer (Gast)]

MaWin schrieb:
> Konstantstromquellennutzer schrieb:
>> Ich habe mal eine erste Idee als Schaltplan gezeichnet
>
> Genau so.
>
> Wenn 1mA zu 1mV Abweichung führt, hat deine Konstantstromquelle 1 Ohm
> Impedanz (bei der Frequenz in dem Arbeitspunkt).

Aber ist die Abweichung durch den Strom der durch R_L fließt nicht etwas 
problematisch?
Habe gerade mal den Tietzsche/Schenk Halbleiterschaltungstechnik (12. 
Auflage) aufgemacht und hier steht in Abschnitt 4.1.1 auf S. 281, dass 
der Ausgangswiderstand einer Konstantstromquelle

r_a = u_a / i_a

ist, wobei u_a die Spannung am Kollektor gegenüber Masse ist und i_a der 
Kollektorstrom.


Demnach darf man ja nur die Änderung des Kollektorstroms zur Berechnung 
verwenden. Bei dem Einspeisen des Stroms mit einem Koppelkondensator 
fließt aber auch noch Strom durch den Lastwiderstand R_L. Liege ich hier 
gerade falsch?

[Egon D. (Gast)]

Konstantstromquellennutzer schrieb:

> Wie kann ich das denn am einfachsten machen? Ich habe mal
> eine erste Idee als Schaltplan gezeichnet (siehe Anhang).
> Die Betrachtung des Kleinsignalersatzschaltbildes zeigt
> hier, dass der eingespeiste Strom i_a sowohl durch den
> Transistor als auch durch den Widerstand R_L fließt. Das
> heißt, die Konstantstromquelle würde gar nicht den gesamten
> eingespeisten Strom i_a ausregeln müssen.

Ja -- aber das ist nicht zu vermeiden.

Für das von außen eingespeiste Signal liegen der Kollektor-
widerstand und der Innenwiderstand der Stromquelle parallel;
Du kannst also immer nur deren Parallelschaltung messen und
anschließend auf r_i der Stromquelle rückrechnen.

Es empfiehlt sich daher, einen einigermaßen genauen Widerstand
für Rc zu verwenden :)

Die Alternative wäre, Rc und Ub zu erhöhen, aber das ist
nur bedingt praktikabel. Bei Ic = 10mA und Rc = 10kOhm
braucht Du schon 100V als Ub.


> Natürlich könnte ich jetzt die AC-Spannung über R_L messen,
> um über i_a - i_{R_L} den Kollektorstrom zu berechnen.

Ja, zum Beispiel.

Natürlich wirst Du einen 1:10-Teilertastkopf verwenden und
sowohl dessen Widerstand als auch seine Kapazität bei der
Auswertung berücksichtigen... :)

Alternative: OPV mit FET-Eingang als Spannungsfolger
auf Steckbrett verschalten.


> Mir scheint es, dass ich zu kompliziert denke.

Nein, wieso?
Der Innenwiderstand wird jenseits von 100kOhm liegen;
das zu messen ist überhaupt nicht trivial.

[Egon D. (Gast)]

Konstantstromquellennutzer schrieb:

> Bei dem Einspeisen des Stroms mit einem
> Koppelkondensator fließt aber auch noch Strom
> durch den Lastwiderstand R_L.

Ja sicher.

Dessen Größe ist ja aber bekannt, und die Parallel-
schaltung von Widerständen wirst Du ja noch
berechnen können.

[Konstantstromquellennutzer (Gast)]

Vielen Dank, ich meine es jetzt verstanden zu haben ;)

Egon D. schrieb:
> Es empfiehlt sich daher, einen einigermaßen genauen Widerstand
> für Rc zu verwenden :)
>
> Die Alternative wäre, Rc und Ub zu erhöhen, aber das ist
> nur bedingt praktikabel. Bei Ic = 10mA und Rc = 10kOhm
> braucht Du schon 100V als Ub.
>
> ... ... ...
>
> Natürlich wirst Du einen 1:10-Teilertastkopf verwenden und
> sowohl dessen Widerstand als auch seine Kapazität bei der
> Auswertung berücksichtigen... :)
>
> Alternative: OPV mit FET-Eingang als Spannungsfolger
> auf Steckbrett verschalten.

Danke, das sind sehr gute Tipps! Hätte ich jetzt ehrlich gesagt nicht 
dran gedacht, bis auf vielleicht an das genaue Bestimmen von Rc.