LTspice: OpAmp Eingänge vertauscht in Konstantstromquelle

Florian B. schrieb:

Warum verhält sich die erste Schaltung (Buffer) normal, während ich in der zweiten (Konstantstrom) die Eingänge vertauschen muss, um eine negative Rückkopplung zu erhalten?

Ganz kurz, weil deine Schaltung nicht gleich ist.

Ausführlicher: OPV Schaltungen erklären sich zumeist indem man den OPV als ideal annimmt und die Verstärkung zu unendlich setzt. Das bedeutet, wenn die Spannung von in+ zu in- positiv ist, dann steigt die Ausgangsspannung immer weiter an. Das ist dir vermutlich schon halbwegs klar.

Bei der ersten Schaltung bewirkt ein Ansteigen der Ausgangsspannung eine Verrinngerung der Differenz von in+ zu in-, das ist die Gegenkopplung. In der zweiten Schaltung invertiert der Transsitor die Verhältnisse. Eine steigende Ausgangsspannung des OPV, steuert den Mosfet weiter zu (sperrend) und damit wird die Differenz noch größer, also ist das hier eine Mitkopplung.

Wie Benjamin bereits erläutert hat, der MOSFET M2 invertiert die Richtung der Spannungsänderung. Deshalb muss man auch das Verhalten des Operationsverstärkers U1 invertieren, also die beiden Eingänge vertauschen.

Aber: M2 verstärkt zusätzlich, der Regelkreis mit realem Operationsverstärker U1 kann dann schwingen. Du könntest für M2 einen n-Kanal-MOSFET verwenden und Drain mit Source tauschen. Dann wird das eine stabilere "Source-Folge-Schaltung" und die Eingänge des Operationsverstärkers U1 bleiben wie gezeichnet.

Bernhard

Ergänzung: Oder mit dem p-Kanal-MOSFET: Rsense und Vset am Pluspol von V1 anschließen. Jedenfalls Rsense in Reihe zum Source-Anschluss, wenn die Schaltung stabil arbeiten und M2 nicht invertieren soll.

Florian B. schrieb:

Wenn ich das nach üblichem Schema anschließe (so wie im Bild dargestellt, also Messwiderstand an In–, Vset an In+), saturiert der OpAmp auf 0 V, und es findet keine Regelung statt.

Natürlich nicht.

Es gibt kein 'üblich', es gibt nur richtig.

Und ein P-MOSFET braucht eben eine fallende Gate-Spannung um mehr durchzulassen.

Mehr durchlassen soll er wenn die Spannung ab RSense (noch) kleiner ist als VSet.

Bernhard schrieb:

Aber: M2 verstärkt zusätzlich, der Regelkreis mit realem Operationsverstärker U1 kann dann schwingen.

Dagegen hilft ein Hochpass in der Gegenkopplung, der die Verstärkung bei hohen Frequenzen auf einen niedrigeren Wert begrenzt und dadurch die Phasenreserve erhöhen.

p.s. Wenn du die Regelung prüfen möchtest, liefert ein Rechtecksignal als Sollwert relativ wenig Information. Mit größeren Werten für Trise und Tfall (z.B. 50ms) siehst du auch, was bei Zwischenwerten passiert.

Vielen Dank an alle für eure schnellen Antworten! Bitte entschuldigt meine sehr späte Antwort.

Ich hatte nicht verstanden, wie sich der OPV genau verhält. Mir war bewusst, dass der P-MOSFET die Beziehung von OPV-Ausgangsspannung zu Spannung über R_sense invertiert. Ich ging aber davon aus, dass er die Differenz zwischen beiden Eingängen minimiert, unabhängig davon in welche Richtung sich der Output des OPV dafür ändern muss. Eure Antworten und eine kurze Lektüre über die Funktionsweise des OPV haben das Missverständnis aufgeklärt.

@Rainer W.: Danke für die Schaltung mit der Dämpfung und den Hinweis mit der Testspannung. Ich gehe davon aus, dass noch ein kleiner Fehler drin ist: Der RC Filter muss an den Feedback Knoten (Rsense) statt an Vset. Dann funktioniert es auch in der Simulation.