Hallo, ich versuche zur Zeit Schaltpläne zu diversen Labornetzteilen nachzuvollziehen. Ein Hauptbestandteil dieser Schaltungen ist logischerweise der Spannungsregler. Dieser besteht ja aus einer OpAmp-Verschaltung, die als Integrator, bzw genaugenommen einem aktiven Tiefpass besteht. Nun habe ich eine LTspice-Simulation aufgebaut. Allerdings habe ich es mit dieser nur geschaft, einen kleinen Bereich der max. Ausgangsspannung zu Regeln. Den Offset diesen Bereichs kann durch den Spannungsteiler am nicht-invertierten Eingang verschieben, aber nicht vergrößern. Es geht hierbei erstmal nur um die Theorie. Der PNP Transistor als Endstufe zu nutzen ist natürlich in der Praxis nicht praktikabel, aber müsste ja dennoch funktionieren. Meine Frage ist nun, welche Aspekte ich in der Reglerschaltung noch vergessen habe?! Vielen Dank vorab Marcel P.
???? ich glaube nicht, daß ein Regler primär ein Integrator ist, auch ist der Spannungsregler wohl nicht wichtiger als der Stromregler, beide sind im Labornetzteil eigentlich gleichberechtigt und sollten gleich schnell und gleich genau sein. Ein kleiner I-Anteil im PID Regelverhalten durch einen Kondensator vom Ausgang zum Eingang des OpAmps dient nur der Stabilität zur Verhinderung von Schwingungen und der Möglichkeit auf 0 auszuregeln. Und damit ist man bei zentralen Thema eines Labornetzgerätes. Es muß an beliebiger Last (1 Farad Monsterkondensator, 1 Henry Levitationsspule, Elektromotor der auch als Generator dient, angeschlossener Schaltregler mit Stromaufnahmeverhalten eines negativen Widerstands, immer stabil regeln, soll aber bei Belastungsänderungen auch schnell ausregeln, im Mikrosekundenbereich, auch wenn die Regelung über die Grenze von der Spannungsregelung zur Stromregelung geht. Das Grundprinzip, eine Spannung von sagen wir 5V an einer einfachen ohm'schen Last ohne Belastungsänderungen stabil halten zu können, wenn das schon Schwierigkeiten macht, dann sollte man lieber Rinderzüchter werden.
Marcel P. schrieb: > ich versuche zur Zeit Schaltpläne zu diversen Labornetzteilen > nachzuvollziehen. Ich habe gerade versucht, deinen Schaltplan nachzuvollziehen, leider ohne Erfolg ;-) - Wo ist der Ausgang? - Welche Ausgangsspannung erwartest du? - Was ist V1? - Wieso wird der PNP-Transistor invers betrieben?
> Ich habe gerade versucht, deinen Schaltplan nachzuvollziehen, leider > ohne Erfolg ;-) Oh, das war so nicht beabsichtigt. Wegen dem inversen PNP: Das war nur ein versehen. Der Ausgang meiner Schaltung liegt in meiner Überlegung am Emitter des PNP's. V1 stellt die Referenzspannung dar, die theoretisch aus einer D/A-Wandlung kommt. Erwartete Ausgangsspannung 0-30V, wobei 30V ja aufgrund des Verlustes am PNP nicht direkt erreicht wird.
Marcel P. schrieb: > Wegen dem inversen PNP: Das war nur ein versehen. D.h.? Kollektor und Emitter vertauschen? Ok. Dann musst du aber die positive Versorgungsspannung des Opamps auf 30V anheben, damit er den Transistor überhaupt sperren kann. Wenn du dann noch V1 umpolst, sieht die Sache — zumindest vom Prinzip her — schon ganz gut aus. Die Ausgangsspannung ist dann etwa V1·R4/R3. Du musst also V1 von 0V bis 15V laufen lassen, um ausgangsseitig den Bereich von 0V bis 30V abzudecken.
Na da bin ich ja beruhigt, dass ich wenigstens nicht ganz aufm Holzweg war. Die 15V von V1 können aber nicht erreicht werden, da 5V max aus der D/A-Wandlung kommen. Würde es bezüglich der Versorgungsspannung des OpAmps reichen mit dem PNP nur die Basis eines Endstufen-NPN zu steuern? Danke schon mal für deine bisherigen Antworten. Marcel P.
Marcel P. schrieb: > Die 15V von V1 können aber nicht erreicht werden, da 5V max aus der > D/A-Wandlung kommen Dann vergößere das Verhältnis von R4 zu R3, so dass R4/R3 = 6 ist. Die beiden Widerstände kannst du insgesamt noch ein gutes Stück größer machen, damit der Strom durch sie auch bei 30V noch gering bleibt. R3=2k udn R4=12k wäre bspw. eine sinnvolle Wahl. > Würde es bezüglich der Versorgungsspannung des OpAmps reichen mit dem > PNP nur die Basis eines Endstufen-NPN zu steuern? Wie stellst du dir das schaltungsmäßig vor? Eher möglich wären zwei NPNs, den ersten am Ausgang des Opamps in Emitterschaltung, danach ein kräftigerer in Kollektorschaltung.
Okay, wird morgen ausprobiert. Gerade verstehe ich nicht, wieso bei 5V Referenz und somit 30V Ausgangsspannung die Spannung am Ausgang des OpAmp 29,12V liegt? Der PNP ist doch bei niedriger Spannung an der Basis besser leitend? Ich hätte etwas im Bereich von 0V erwartet? Ist meine Vermutung dahingehend richtig, dass 29V immerhin 1V unter den zu schlatenden 30V liegen und somit ausreichend sind? Mir fällt gerade auf, mehr Analogtechnik im Studium würde nicht Schaden... MfG Marcel P.
Marcel P. schrieb: > Gerade verstehe ich nicht, wieso bei 5V Referenz und somit 30V > Ausgangsspannung die Spannung am Ausgang des OpAmp 29,12V liegt? Der > PNP ist doch bei niedriger Spannung an der Basis besser leitend? Wird Basis-Emitterspannung des Transistors betragsmäßig deutlich größer als 0,7V, wird der Basisstrom so groß, dass ihn der Opamp nicht mehr liefern kann. Und wenn der Opamp ausreichend Strom liefern könnte, um die Basis bspw. auf 28V herunterzuziehen (Ube=2V), würde der Transistor kaputt gehen. Um Transistor und Opamp in diesem Fall zu schonen, sollte ein Basisvor- widerstand vorgesehen werden.
MaWin schrieb: > Es muß an > > beliebiger Last (1 Farad Monsterkondensator, 1 Henry Levitationsspule, > > Elektromotor der auch als Generator dient, angeschlossener Schaltregler > > mit Stromaufnahmeverhalten eines negativen Widerstands, immer stabil > > regeln, soll aber bei Belastungsänderungen auch schnell ausregeln, im > > Mikrosekundenbereich, auch wenn die Regelung über die Grenze von der > > Spannungsregelung zur Stromregelung geht. Das Netzteil kaufe ich sofort :-) Ralph Berres
Ralph Berres schrieb: > Das Netzteil kaufe ich sofort :-) Wenn's in meinem Budget liegt, würde ich auch eins nehmen. Vielleicht können wir bei MaWin eine Sammelbestellung machen ;-) Obwohl ... Wenn ich mir überlege, welchen Strom so ein Supernetzgerät liefert, um bspw. den 1F-Monsterkondensator im µs-Bereich aufzuladen, wird mir doch etwas Angst. Ein kleiner Kurzschluss, und die Wohnung steht in Flammen :-(
Ich finde es schon beachtlich, das ein Netzteil welches im Mikrosekundenbereich ausregelt, dann noch bei beliebiger Last; insbesonders kapazitiver Last bedingungslos stabil bleibt. Ein linear geregeltes Netzteil ist ja im Grunde genommen so eine Art Leistungsoperationsverstärker mit open Emitterausgang. Diese neigen ja naturgemäß zum schwingen bei kapazitiver Last. Die echten Labornetzteile ( mit Senseeingängen ) renomierter Hersteller wie Agilent, haben in der Regel nur sehr kleine Kapazitäten am Ausgang und wollen auch keine großen Elcos am Ausgang sehen. Ob man jetzt ein Proportionalregler oder ein Integralregler verwendet, hängt von dynamischen Eigenschaften und des zulässigen Regelfehler ab. Ich persöhnlich bevorzuge Integralregler, weil diese sehr kleine Regelfehler ermöglichen. Ralph Berres
> Eher möglich wären zwei NPNs, den ersten am Ausgang des Opamps in > Emitterschaltung, danach ein kräftigerer in Kollektorschaltung. Das wäre dann ja eine Darlington-Schaltung oder? Jetzt ist der scheinbare Unterschied einer Emitter und einer Kollektorschaltung die Position des Widerstandes. Andererseits wenn ich zusätzliche Widerstänge in die Schaltung einbau, wird ja mein Voltagedrop immer größer?
So ich habe nun die vorgeschlagenen Veränderungen vorgenommen. Bis auf die Tatsache, dass ab 4,5V Referenzspannung meine Spannung am Ausgang wieder linear sinkt bis auf fast 0V bei 5V Referenz schaut das soweit gut aus. Durch Legen der negativen Versorgungsspannung auf Masse wird für den OpAmp keine spezielle Versorgung benötigt, jedenfalls in der Simulation. Wodurch entsteht nun eigentlich wieder der Einbruch von Uout bei Annähern der 5V Referenz? MfG Marcel P.
Ralph Berres schrieb: > MaWin schrieb: >> Es muß an >> >> beliebiger Last (1 Farad Monsterkondensator, 1 Henry Levitationsspule, >> >> Elektromotor der auch als Generator dient, angeschlossener Schaltregler >> >> mit Stromaufnahmeverhalten eines negativen Widerstands, immer stabil >> >> regeln, soll aber bei Belastungsänderungen auch schnell ausregeln, im >> >> Mikrosekundenbereich, auch wenn die Regelung über die Grenze von der >> >> Spannungsregelung zur Stromregelung geht. > > Das Netzteil kaufe ich sofort :-) Solche Netzteile kannst Du jederzeit problemlos bei Multisim & Co bekommen. Gruss Harald
Marcel P. schrieb: > Bis auf die Tatsache, dass ab 4,5V Referenzspannung meine Spannung am > Ausgang wieder linear sinkt bis auf fast 0V bei 5V Referenz schaut das > soweit gut aus. Nein, jetzt schaut das ganz schlecht aus ;-) Du hast aus der Gegenkopplung eine Mitkopplung gemacht. Der DC-Sweep gaukelt dir fälschlicherweise eine stückweise lineare Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Referenzspannung vor. Tatsächlich funktioniert die Schaltung aber überhaupt nicht. Mach mal eine Transientenanalyse und schau dir das Ergebnis an. Das, was ich oben geschrieben habe: > Eher möglich wären zwei NPNs, den ersten am Ausgang des Opamps in > Emitterschaltung, danach ein kräftigerer in Kollektorschaltung. habe ich mal in deine Schaltung eingebaut (s. Anhang). Jetzt kann der Opamp auch mit einer niedrigeren Spannung als 30V betrieben werden. Richtige Netzgeräte und auch Spannungsregler-ICs sind aber anders aufge- baut. Im Internet und auch hier im Forum gibt es viele Beispiele dafür.
Perfekt, nun habe ich es verstanden. Vielen herzlichen Dank. Eine klitzekleine Frage habe ich noch bezüglich dieser konkreten Schaltung: http://www.linuxfocus.org/Deutsch/November2002/article251.shtml Wenn ich das richtig interpretiere ist bei dieser Schaltung die Masse versehen mit einem Offset relativ zur Erde der dem Betrag der Ausgangsspannung entspricht. Stimmt das so? Marcel P.
Marcel P. schrieb: > Wenn ich das richtig interpretiere ist bei dieser Schaltung die Masse > versehen mit einem Offset relativ zur Erde der dem Betrag der > Ausgangsspannung entspricht. Stimmt das so? Ja. Der regelnde Opamp reitet sozusagen auf der Ausgangsspannung. Die positive Ausgangsspannung ist aus Sicht des Opamps also 0V, während die Ausgangsmasse eine variable negative Spannung ist. Weil die zu regelnde Spannung negativ ist, ist die Spannungsreferenz (die hier von einem Mikrocontroller erzeugt wird) im Gegensatz zu deiner Schaltung positiv. Das Prinzip dieser "reitenden" (oder auch schwimmenden) Regelung wird auch bei den meisten käuflichen Labornetzgeräten angewandt.
Harald Wilhelms schrieb: > Solche Netzteile kannst Du jederzeit problemlos bei Multisim & Co > > bekommen. Wieso? stellt der Anbieter des Multisimprogrammes jetzt auch schon Netzteile her? Und wie schaft der es einen Kondensator von 1F in 1uSek auf 30V aufzuladen?
Ralph Berres schrieb: > Harald Wilhelms schrieb: >> Solche Netzteile kannst Du jederzeit problemlos bei Multisim & Co >> >> bekommen. > > Wieso? stellt der Anbieter des Multisimprogrammes jetzt auch schon > Netzteile her? Du musst nur rechts im Bild zwei löcher für die Anschlussbuchsen bohren. > Und wie schaft der es einen Kondensator von 1F in 1uSek auf 30V > aufzuladen? Wenn Du die Bauteile passend dimensionierst, schafft der es sogar in Picosekunden. :-) Gruss Harald
>Ein kleiner I-Anteil im PID Regelverhalten durch einen Kondensator vom >Ausgang zum Eingang des OpAmps dient nur der Stabilität zur Verhinderung >von Schwingungen und der Möglichkeit auf 0 auszuregeln. PID-Verhalten? Welche Bauteile bilden die zwei Nullstellen die ein PID Regler naturgemäß haben muss?
Angehängte Dateien:
-
high-end-netzgeraet.png
37 KB
Ralph Berres schrieb: > Wieso? stellt der Anbieter des Multisimprogrammes jetzt auch schon > Netzteile her? Nicht nur der, auch von Linear Technology gibt es so etwas (s. Anhang). > Und wie schaft der es einen Kondensator von 1F in 1uSek auf 30V > aufzuladen? Wie man sieht, ohne Probleme. Man sollte das aber nicht zu oft wieder- holen, denn Elkos mögen das nicht so gerne ;-)
Apropos Kondensator: Wie ließe sich das Problem der Gatekapazität lösen, wenn man die NPN mit n-Channel MOS-FETs austauscht? Oder kommt der Effekt der Mitkopplung der nach dem Austauch auftritt wo anders her? Marcel P.
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