LM335 Temperaturmessung: Ausgangsspannung = Betriebsspannung ?

[Stefan M. (ronaldonho)]

Hallo,

Ich habe mir gerade die Bandgap-Zweipol Temperaturmessung mit 
Spannungsausgang LM335 im Buch Tietze Schenk angeschaut und dort steht 
beschrieben, dass die Spannung Umess, welches man zur Temperaturmessung 
verwenden kann, auch gleichzeitig die Betriebsspannung und die 
Ausgangsspannung des Operationsverstärkers ist.
Hab ich es richtig verstanden, dass die Schaltung keine Spannungsquelle 
braucht und das Umess gleichzeitig die Eingangsspannung und die 
Ausgangsspannung der Schaltung ist?
Wie kann es sein das die Schaltung keine Spannungsquelle hat?

Für hilfen bin ich dankbar
Viele Grüße

[Karadur (Gast)]

Schau dir das Datenblatt vom LM335 an. Der arbeitet als Shunt. Die 
Versorgung erfolgt über den Lastwiderstand aus einer Spannungsquelle.

[MaWin (Gast)]

Stefan M. schrieb:
> Hab ich es richtig verstanden, dass die Schaltung keine Spannungsquelle
> braucht

Doch, natürlich, das Ding ist keine Batterie, es muss ein Strom in das 
Teil fliessen, damit es auf eine Spannung regeln kann. Am einfachsten 
kommt der Strom über einen strombegrenzenden Widerstand aus einer NOCH 
HÖHEREN Spannung, z.B. 5V.

Allerdings regelt der LM335 sehr langsam  zumindest wenn der Strom sehr 
gering, nur 100uA, ist. Daher sollte diese höhere Spannung nicht zu sehr 
schwanken. Am besten eine geregelte Spannung sein.

[Stefan M. (ronaldonho)]

MaWin schrieb:
> Stefan M. schrieb:
>> Hab ich es richtig verstanden, dass die Schaltung keine Spannungsquelle
>> braucht
>
> Doch, natürlich, das Ding ist keine Batterie, es muss ein Strom in das
> Teil fliessen, damit es auf eine Spannung regeln kann. Am einfachsten
> kommt der Strom über einen strombegrenzenden Widerstand aus einer NOCH
> HÖHEREN Spannung, z.B. 5V.
>
> Allerdings regelt der LM335 sehr langsam  zumindest wenn der Strom sehr
> gering, nur 100uA, ist. Daher sollte diese höhere Spannung nicht zu sehr
> schwanken. Am besten eine geregelte Spannung sein.

Ok danke für die Antworten.

Aber wo kann man die Spannungsquelle eingeben? Kannst du mir das anhand 
meines Schaltplans zeigen?

[Toxic (Gast)]

Stefan M. schrieb:
> Aber wo kann man die Spannungsquelle eingeben? Kannst du mir das anhand
> meines Schaltplans zeigen?

Es wurde doch schon erwaehnt,dass du mal einen Blick auf's Datenblatt 
werfen sollst.Da gibt es genuegend Applikationsanwendungen

[Stefan M. (ronaldonho)]

Toxic schrieb:
>
> Es wurde doch schon erwaehnt,dass du mal einen Blick auf's Datenblatt
> werfen sollst.Da gibt es genuegend Applikationsanwendungen

Danke für die Antwort,
Ich habe mir jetzt den einfachsten Anschluss der Spannungsquelle aus dem 
Datenblatt ausgesucht und umgesetzt.

Laut der Anleitung von Tietze Schenk müsste ich am Widerstand R12 die 
Temperaturproportionale Spannung erhalten. Wenn ich aber die Spannung 
über der Temperatur messe, erhalte ich Leider immer einen 
Temperaturkoeffizienten von 0,025 mV pro Kelvin. Laut der Anleitung 
müssten es aber 0,2mV pro Kelvin sein. Aber egal welche Widerstandswerte 
ich nehme, ich kann meinen Wert nie ändern, Sie bleibt immer bei 0,025 
mV pro Kelvin. Selbst wenn ich die Spannungsquelle komplett entferne, 
bleibt der Temperaturkoeffizient gleich.
Weiß jemand woran das liegt?

Danke
Viele Grüße

[Toxic (Gast)]

Stefan M. schrieb:
> Laut der Anleitung von Tietze Schenk müsste

Ich weiss nicht warum du immer den Tietze-Schenk erwaehnst.Stell ihn 
zurueck in's Buecherregal und konzentrier dich auf das Datenblatt.

Wenn du die Basis-Schaltung ohne einen Trimmer aufbaust betraegt die 
Ausgangsspannung bei 0℃ 2.73V oder bei 25℃ 2.73V + 0.25V = 2.98V.
Bei 100℃ : 2.73V + 1V = 3.73V
Belassen wir es mal bei 100℃ als max. Temperatur die du messen 
moechtest,dann sollte der Widerstand ca. 5V-3.73V/1mA = 1.27kΩ betragen 
- also grob 1k (die 1mA sind von mir frei gewaehlt...)

Die 5V sind meine angenommene Betriebsspannung.Bei hoeheren Spannungen 
sollte der Widerstand angpasst werden:der Strom darf dabei zwischen 
0.4mA und 5mA liegen...frei waehlbar.

Wenn deine Schaltung falsche Werte ausgibt,hast du entweder den 
Widerstand eventuell voellig falsch berechnet oder du hast den IC falsch 
beschaltet.Viel ist an der Schaltung ja nicht dran....

[Stefan M. (ronaldonho)]

Ich habe jetzt alle möglichen Werte für die Spannung und den Last 
Widerstand ausprobiert, aber ich erhalte nicht den gewünschten 
Widerstand für die Schaltung wie es im Datenblatt mit 1 ohm angegeben 
ist und auch keine Vernünftigen Temperatur Koeffizienten. Wahrscheinlich 
sind meine Werte im NC Falsch.

Wie kann ich denn die richtigen Werte für die Widerstände bestimmen?
Momentan sind sie so bestimmt, wie ich es für den ADR06 gemacht hatte. 
Weil die Schaltungen ähnlich aufgebaut sind und beide mit dem Bandgap 
Prinzip arbeiten, hatte ich die gleichen Formeln verwendet.

Ich bin mir auch nicht sicher ob ich den richtigen OP-verstärker und die 
Richtigen Transistoren verwendet habe? Ich habe irgendwelche 
Standardgeräte dafür benutzt. Aber beim ADR06 hatte ich keine Probleme.

Viele Grüße

[HildeK (Gast)]

Ich weiß nicht so recht, warum du nach LM335 fragst, aber in deinen 
Testschaltungen gar keiner vorkommt? Du willst ihn nachbauen?

Dann fängt das in deiner Schaltung schon mal damit an, dass der LM741 
2-3mA für sich selber braucht und du ihm nicht mal 1mA zugestehst.
In einem LM335 ist halt kein 741er verbaut ...

Zudem: wie zielführend ist es überhaupt, das Innenleben eines LM335 
nachbauen zu wollen?

[Stefan M. (ronaldonho)]

HildeK schrieb:
> Ich weiß nicht so recht, warum du nach LM335 fragst, aber in
> deinen
> Testschaltungen gar keiner vorkommt? Du willst ihn nachbauen?
>
> Dann fängt das in deiner Schaltung schon mal damit an, dass der LM741
> 2-3mA für sich selber braucht und du ihm nicht mal 1mA zugestehst.
> In einem LM335 ist halt kein 741er verbaut ...
>
> Zudem: wie zielführend ist es überhaupt, das Innenleben eines LM335
> nachbauen zu wollen?

Meine Aufgabe ist es Temperatursensoren in Pspice nachzubauen und zu 
Simulieren. Dafür habe ich mir die Schaltung aus dem Buch Tietze Schenk 
ausgesucht, weil Sie relativ einfach aussah und man nicht so viele 
Parameter nachbestimmen muss. Und ich dachte diese Schaltung wäre das 
innenleben von einem Lm335, weil das unter der Abbildung im Buch steht. 
Erst jetzt versteh ich, dass dies nicht Stimmt und der LM335 nur als 
Beispiel angegeben war, weil er in einem ähnlichen Prinzip funktioniert. 
Der Kennwert mindestens 0,4 mA hat hier jedenfalls auch gepasst.
Aber die Schaltung sollte trotzdem funktionieren. Leider habe ich am 
Ausgang nie den Gewünschten Ergebnis bekommen. Vllt hast du ja eine Idee 
ob die Schaltung im Buch falsch ist oder ob ich falsche Parameter und 
Geräte benutzt habe.

Viele Grüße

Quelle Datei png: Halbleiter-Schaltungstechnik
Tietze, Ulrich; Schenk, Christoph; Gamm, Eberhard Ausgabe auf Englisch 
Seite 1070

[Toxic (Gast)]

Stefan M. schrieb:
> Meine Aufgabe ist es Temperatursensoren in Pspice nachzubauen und zu
> Simulieren.

Das haettest du schon frueher erwaehnen koennen.Kam mir gleich alles so 
spanish oder noch schlimmer chinesisch vor
🤢🤢🤢

[Stefan M. (ronaldonho)]

Toxic schrieb:
> Stefan M. schrieb:
>> Meine Aufgabe ist es Temperatursensoren in Pspice nachzubauen und zu
>> Simulieren.
>
> Das haettest du schon frueher erwaehnen koennen.Kam mir gleich alles so
> spanish oder noch schlimmer chinesisch vor
> 🤢🤢🤢

Sorry, ich hab nicht daran gedacht, weil ich dachte die Schaltungen 
nachzubauen und zu Simulieren würde man sowieso als erstes machen. Ich 
hab mich auch falsch ausgedrückt wahrscheinlich

[jo (Gast)]

Les' dir mal den Text zur Bandgap-Referenz im Tieze&Schenk durch. Die 
Transistoren T1 und T2 haben unterschiedliche Flächen A1 und A2.

Zitat:
Da die beiden Kollektorströme hier gleich groß sind, und das 
Flächenverhältnis
der Transistoren A1/A2 = 10 beträgt, folgt:
ΔUbe = kT/e * ln10 = 200uV/K * T

[Stefan M. (ronaldonho)]

jo schrieb:
> Les' dir mal den Text zur Bandgap-Referenz im Tieze&Schenk durch. Die
> Transistoren T1 und T2 haben unterschiedliche Flächen A1 und A2.
>
> Zitat:
> Da die beiden Kollektorströme hier gleich groß sind, und das
> Flächenverhältnis
> der Transistoren A1/A2 = 10 beträgt, folgt:
> ΔUbe = kT/e * ln10 = 200uV/K * T

Hallo danke für deine Antwort,

Ja genau, ich habe mir schon diese Stelle durchgelesen. Leider war es 
mir nicht möglich in Pspice verschiedene Flächen von Transistoren 
einzustellen und diese Größe ist auch in keinem Datenblatt angegeben. 
Daraufhin hab ich im Forum die Antwort erhalten, dass man Schaltungen 
eigentlich nicht nach Flächen von Transistoren auslegt sondern nach 
technischen Kenngrößen. Deshalb habe ich mir die Zweite Variante 
ausgesucht, welche auch im Tietze Schenk beschrieben steht, nämlich das 
man den Strömenverhältnis entsprechend einstellt und dafür die 
Flächenverhältnisse und die Transistoren gleich bleiben dürfen. Das hat 
auch geklappt. Aber ich bin mir noch nicht sicher welche Arten von 
Transistoren man am besten für so eine Schaltung benutzt, weil es 
unzählige gibt, die vom Spannungs und Stromwert her passen.

[jo (Gast)]

Im Tietze&Schenk 4. Ausgabe (1980) Kapitel 16.4.2 ist die 
Bandgap-Referenz sehr gut erklärt (über 3 Seiten).

Das Kapitel schließt mit dem Absatz:
„Beide Schaltungen werden in integrierten Spannungsreglern eingesetzt 
(z.B. in der Serie 78L00 von TI und AD 580...589 von Anal. Devices). 
Dabei werden jedoch meist die Kollektorströme gleich groß gewählt und 
statt dessen die Transistorflächen ins Verhältnis n1 gesetzt.“

In
https://de.wikipedia.org/wiki/Bandabstandsreferenz#Diskreter_Aufbau
steht auch was zum diskreten Aufbau ...

https://de.wikipedia.org/wiki/Bandabstandsreferenz#Temperatursensor 
bringt‘s nochmals auf den Punkt.

Deiner Aufgabe „Temperatursensoren in Pspice nachzubauen und zu 
Simulieren“ bringt dich das aber nicht viel weiter.

Bei Temperatursensor fällt mir spontan PT100/PT1000 oder ganz einfach 
Diode ein. Gibt es einen Grund, wieso Du dich auf die Bandgap-Referebz 
versteift hast?

Hast dir http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00679a.pdf schon 
mal durchgelesen?

Falls du tief einsteigen willst/musst, mal ankucken: 
https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-determining-spice-model-parameters-for-transistors-easily-and-accurately. 
Da geht‘s drum, in Spice das richtige Transistormodell für eine gegebene 
Anwendung zu wählen...

[jo (Gast)]

Altmeister Bob Pease (RIP) lässt sich im verlinkten Artikel über 
Bandgap-References aus. Falls es interessiert ...

http://www.tayloredge.com/reference/Ganssle-Pease/bobpease-bandgap.pdf

Bob verwendet die Bezeichnungen E bzw. 10E/16E für Transistoren mit 
Einfach- bzw. 10/16-Fach-Emitter um die verschieden Flächen 
darzustellen.

Zitat: "The circuit relies on two groups of transistors running at 
different emitter current densities. The rich transistor will typically 
run at 10 times the density of the lean ones ..."

U.U. interessant ist das Kapitel "Advice to the Engineer"

[Stefan M. (ronaldonho)]

jo schrieb:
> Altmeister Bob Pease (RIP) lässt sich im verlinkten Artikel über
> Bandgap-References aus. Falls es interessiert ...
>
> http://www.tayloredge.com/reference/Ganssle-Pease/bobpease-bandgap.pdf
>
> Bob verwendet die Bezeichnungen E bzw. 10E/16E für Transistoren mit
> Einfach- bzw. 10/16-Fach-Emitter um die verschieden Flächen
> darzustellen.
>
> Zitat: "The circuit relies on two groups of transistors running at
> different emitter current densities. The rich transistor will typically
> run at 10 times the density of the lean ones ..."
>
> U.U. interessant ist das Kapitel "Advice to the Engineer"

Danke für den Artikel. Ich habe mir ihn durchgelesen. Leider erwähnt er 
wie Tietze Schenk nicht, dass man auch anstatt der unterschiedlichen 
Flächen von Transistoren, auch unterschiedliche Ströme wählen kann, die 
dann die gleiche Wirkung haben.

Und auch danke für den Artikel mit den Transistoren. Ich hab zwar noch 
nicht die richtigen Transistoren ausgesucht, aber ich werde mir den 
Artikel noch näher anschauen.

Hast du eine Idee welchen OP man am besten für diese Anwendung 
verwendet?
Bis jetzt habe ich darüber noch nichts gefunden.

[jo (Gast)]

Lass mir eine Emailadresse zukommen - ick kopier Dir das Kapitel aus dem 
T&S 5. Auflage.

Es dürfte ziemlich egal sein, welchen Transitor du benutzt. Ich würde zu 
irgendwas von der Stange, Richtung BC547, tendieren. Setz testweise was 
anderes rein und vergleiche die Ergebnisse. Wird sich vermutlich nicht 
viel tun.

Also OP würde ich irgend ein "Generic Teil" nehmen, das Richtung idealer 
OP geht - z.B. im Zweig "Opamps" das Bauteil "opamp" (einbinden mit .lib 
opamp.sub).

Für prinzipielle Test sind die Ideal-Dinger gemacht. Es ist ja das Ziel 
einer praktischen OP-Schaltung, eine OP-Type zu finden, die sich in der 
Schaltung möglichst unauffällig verhält. LT1012 kannst auch probieren. 
Einfach mal die Ergebnisse vergleichen.

[Manfred (Gast)]

jo schrieb:
> Bei Temperatursensor fällt mir spontan PT100/PT1000 oder ganz einfach
> Diode ein.

Kommt drauf an. Ich habe vor ganz vielen Jahren mal ein Raumthermometer 
mit LM335 und großem Drehspulzeiger gebastelt. Der LM ist fast fertige 
Arbeit, 10mV pro K. Lästig war nur, dass man 2,73V abziehen muss, um auf 
Celsius zu kommen.