LT6106: Funktionsverständnis

[Johannes (menschenskind)]

Hallo Wissende,

Im Datenblatt des LT6106 habe ich dieses Blockdiagramm und 
Funktionsprinzip gefunden.
Dabei habe ich ein paar Sachen nicht verstanden.
Im Text wird gesagt, dass durch "RIN" ein Potenzial an -IN anliegt, 
welches der Spannung über RSense entspricht. Aber dieses Potenzial liegt 
doch auch ohne RIN sowieso an -IN an. Der Widerstand begrenzt hier 
eigentlich nur den Strom, der in den IC hineinfließt. Könnte das bitte 
jemand für mich verständlich machen?

Weiterhin wird ein "internal sense amplifier loop" erwähnt, aber in dem 
Diagramm ist doch keine Rückkopplung auf einen der Eingänge.
Für mich ist das bloß ein Komparator, der den Transistor durchschaltet, 
sobald die Spannung an -IN größer ist als an +IN. Habe ich das korrekt 
verstanden?

Auf Seite 7 Datenblatt:

An internal sense amplifier loop forces –IN to have the
same potential as +IN. Connecting an external resistor,
RIN, between –IN and V+ forces a potential across RIN
that is the same as the sense voltage across RSENSE. A
corresponding current, VSENSE/RIN, will flow through RIN.
The high impedance inputs of the sense amplifier will not
conduct this current, so it will flow through an internal
PNP to the output pin as IOUT.
The output current can be transformed into a voltage by
adding a resistor from OUT to V–. The output voltage is
then VO = V– + IOUT • ROUT.

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LT6106.pdf

[Gerald K. (geku)]

Die Verstärkung wird durch das Verhältnis von Rout zu Rin bestimmt. Die 
Gegenkopplung wird durch den Transistor und Rout bestimmt. Der 
Transistor ist als Emitterfolger geschaltet und hat dadurch eine 
Spannungsverstärkung von 1 und bewirkt keine Phasendrehung. Er 
transformiert Rout zum Gegenkopplungswiderstand. Der Trick mit dem 
Transistor bewirkt, dass sich die Ausgangspannung zur Weiterverarbeitung 
auf Ground bezieht.

Der LT6106 ist eigentlich ein Stromverstärker.

[Falk B. (falk)]

Johannes H. schrieb:
> Hallo Wissende,
>
> Im Datenblatt des LT6106 habe ich dieses Blockdiagramm und
> Funktionsprinzip gefunden.

Das ist ein klassischer Strommessverstärker, welcher die Messung auf 
hohem Potential auf die Masseseite verschiebt, und das mit wenig Fehler.

Der wurde mal von Bob Pease ausführlich erklärt, vor allem die 
Fehlerrechung.

Beitrag "Re: zwei Spannungen bei etwa 50 Volt vergleichen"

> Im Text wird gesagt, dass durch "RIN" ein Potenzial an -IN anliegt,
> welches der Spannung über RSense entspricht. Aber dieses Potenzial liegt
> doch auch ohne RIN sowieso an -IN an. Der Widerstand begrenzt hier
> eigentlich nur den Strom, der in den IC hineinfließt. Könnte das bitte
> jemand für mich verständlich machen?

Das Ding arbeitet als invertierender Verstärker. Rin ist der bekannte 
Widerstand R1. Der 2. Widerstand in der Rückkopplung wird durch den 
Transistor gebildet. Klingt komisch, ist aber so. Die Spannungsquelle 
ist der Spannungsabfall über Rsense.

> Weiterhin wird ein "internal sense amplifier loop" erwähnt, aber in dem
> Diagramm ist doch keine Rückkopplung auf einen der Eingänge.

Doch, der Transistor. Die 2x 14k und Dioden kann man sich wegdenken, das 
ist nur Schutzbeschaltung.

> Für mich ist das bloß ein Komparator, der den Transistor durchschaltet,

NEIN! Ein Operationsverstärker! Der arbeitet linear!

> sobald die Spannung an -IN größer ist als an +IN. Habe ich das korrekt
> verstanden?

Nein.

> Auf Seite 7 Datenblatt:

Naja, das ist die praktische, wenn gleich etwas ausschweifende Erklärung 
für den invertierenden Verstärker. Der Strom durch Rin fließt exakt 
gleich durch den Transistor (Emitterstrom). Der Kollektorstrom ist nur 
um den Basisstrom vermindert, das spielt aber bei großer 
Stromverstärkung von 200++ keine praktische Rolle. Der (praktisch) 
gleiche Strom von Rin fließt dann auch durch Rout. Der Transistor sorgt 
für die Potentialverschiebung, er arbeitet mit dem OPV zusammen als 
Konstantstromquelle.

[Falk B. (falk)]

Gerald K. schrieb:
> Der LT6106 ist eigentlich ein Stromverstärker.

Nein. Es ist ein Strommesswandler, der eine Potentialverschiebung macht, 
damit man den Strom auf der VCC-Seite fehlerarm mit Massebezug leicht 
messen kann.

[Johannes (menschenskind)]

Danke schon mal für die Antworten.

Falk B. schrieb:
> Das ist ein klassischer Strommessverstärker, welcher die Messung auf
> hohem Potential auf die Masseseite verschiebt, und das mit wenig Fehler.

Also ich kenne Strommessverstärker bisher nur als Differenzverstärker 
mit der symmetrischen Widerstandsbeschaltung. Die Schaltung aus dem 
Datenblatt hatte ich vorher noch nie gesehen.

Falk B. schrieb:
> Der wurde mal von Bob Pease ausführlich erklärt, vor allem die
> Fehlerrechnung.

Hm, also eine ausführliche Erklärung finde ich die Stelle in dem Text 
nicht, bzw. kann ich mir daraus nicht die Funktion ableiten.

Gerald K. schrieb:
> Er
> transformiert Rout zum Gegenkopplungswiderstand. Der Trick mit dem
> Transistor bewirkt, dass sich die Ausgangspannung zur Weiterverarbeitung
> auf Ground bezieht.

Weil die Spannung über Rout, dann am invertierenden Eingang anliegt? 
Also eine Art Transimpedanzwandler?

[Falk B. (falk)]

Johannes H. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Das ist ein klassischer Strommessverstärker, welcher die Messung auf
>> hohem Potential auf die Masseseite verschiebt, und das mit wenig Fehler.
>
> Also ich kenne Strommessverstärker bisher nur als Differenzverstärker
> mit der symmetrischen Widerstandsbeschaltung. Die Schaltung aus dem
> Datenblatt hatte ich vorher noch nie gesehen.

Man lernt nie aus.

> Falk B. schrieb:
>> Der wurde mal von Bob Pease ausführlich erklärt, vor allem die
>> Fehlerrechnung.
>
> Hm, also eine ausführliche Erklärung finde ich die Stelle in dem Text
> nicht, bzw. kann ich mir daraus nicht die Funktion ableiten.

Naja, die Erklärung ist nicht auf elementarem Niveau. Er setzt schon 
viel voraus.

>> transformiert Rout zum Gegenkopplungswiderstand. Der Trick mit dem
>> Transistor bewirkt, dass sich die Ausgangspannung zur Weiterverarbeitung
>> auf Ground bezieht.
>
> Weil die Spannung über Rout, dann am invertierenden Eingang anliegt?

Nö, tut sie nicht mal ansatzweise.

> Also eine Art Transimpedanzwandler?

Naja, nicht wirklich. Es ist schon ein invertierender Verstärker, der 
aber keinen einfachen Widerstand sondern einen Transistor in der 
Rückkopplung hat.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Johannes H. schrieb:
> Die Schaltung aus dem Datenblatt hatte ich vorher noch nie gesehen.
Man lernt nie aus. Denn die Schaltung ist bei solchen High-Side 
Stromverstärkern üblich. Ich habe die interne Beschaltung mal auf das 
Relevante reduziert.

> Weil die Spannung über Rout, dann am invertierenden Eingang anliegt?
1. Weil der OPAmp die Spannung zwischen seinen Eingängen auf 0V regeln 
will, wird der Spannungsabfall am Rin über den Iin von der Schaltung so 
eingestellt, dass am Rin die selbe Spannung wie am Rsense abfällt: Vin = 
Vsense

2. Wenn ich die Spannug Vsense = Vin durch den Widerstand Rin teile, 
dann bekomme ich einen Strom Iin.

3. Dieser Strom Iin fließt dann über den Transistor nach Out.

4. Der Strom Iin, der aus Out herausfließt, erzeugt am Rout einen 
Spannungsabfall Vout.

5. Dieser Spannungsabfall Vout am Rout ist proportional zum 
Spannungsabfall über dem Rsense.

Falk B. schrieb:
> der aber keinen einfachen Widerstand sondern einen Transistor in der
> Rückkopplung hat.
Rückgekoppelt wird hier über den Strom durch Rin, was pyhsikalisch der 
selbe Strom wie durch Rout ist.

[Falk B. (falk)]

Der + Eingang des OPV liegt auf der virtuellen Masse, welche hier gleich 
der Spannung über der Last ist.

[Gerald K. (geku)]

Johannes schrieb:
> Weil die Spannung über Rout, dann am invertierenden Eingang anliegt?
> Also eine Art Transimpedanzwandler?

Der Kollektorstrom ist gleich dem Emitterstrom.
(vom kleinen Basisstrom abgesehen)