Ein herzliches 'Griaß eich' miteinander! Bräuchte Hilfe seitens der "Profis" bezüglich einer Konstantstromquelle! Brauche für meine Diplomarbeit eine kleine Teilschaltung (Konstantstromquelle), habe leider Probleme damit! Und zwar habe ich die Schaltung (Anhang) aus Titze-Schenk in Visier! Forderungen sind zusätzlich das die Konstantstromq. so gut wie möglich temperaturabhängig sein soll und mittels OPV aufgebaut werden muss! Eingangsspannung ist eine Lichtschranke (0/24V). Der OPV soll mit +/-12V versorgt werden (wird mittels Spannungsteiler+Spannungsfolger von den 24V hergeleitet - jetzt nicht so wichtig). Am Ausgang sollen die Standardmäßigen 4/20mA anliegen. Habe mir dann auch schon die Beziehungen aufgestellt: Uamax/Uamin (24V/0V) = 20mA/4mA = 5 Funktioniert nicht deshalb: 20mA/4mA = 24V/4,8V = 5 -> soweit OK Nur wie soll ich diese zusätzliche Spannung einspeisen? So wie im Anhang eingezeichnet? Funktioniert jedoch nicht zuverlässig da am Ausgang 19,05mA/6,33mA herauskommen und etwas schwankend? Sollte ich die Einspeisung der "DC Offsetspannung" anders lösen? Bin für jeden konstruktiven Lösungsvorschlag dankbar! ;) Ausgangsstrom = U(Lichtschranke)/R1 Gruß
Angehängte Dateien:
-
Konst_stromquelle.png
14 KB
@ Oskar H. (marginru) >Eingangsspannung ist eine Lichtschranke (0/24V). Der OPV soll mit +/-12V >versorgt werden (wird mittels Spannungsteiler+Spannungsfolger von den >24V hergeleitet - jetzt nicht so wichtig). Vielleicht doch. Denn wenn du ihn mit virtueller Masse betreibst, funktioniert das alles nicht so wirklich. Ein VOLLSTÄNDIGER Schaltplan wirkt Wunder. >Am Ausgang sollen die Standardmäßigen 4/20mA anliegen. Wie? Digital oder analog? >Uamax/Uamin (24V/0V) = 20mA/4mA = 5 >Funktioniert nicht deshalb: 20mA/4mA = 24V/4,8V = 5 -> soweit OK Was soll uns das sagen? >Nur wie soll ich diese zusätzliche Spannung einspeisen? So wie im Anhang >eingezeichnet? Deine Schaltung ist eine Howland Current Source. http://www.national.com/an/AN/AN-1515.pdf Dein Einspeisung muss direkt auf den Ausgang gehen. Also ein zusätzlicher Widerstand parallel zu R1 an eine feste, genaue Spannung. >Ausgangsstrom = U(Lichtschranke)/R1 Ja was denn nun? Eine Konstantstromquelle liefert in ihren Designgrenzen immer einen konstanten Strom, egal wie groß der Lastwiderstand ist. Aber diese Schaltung ist für die klassische 4-20mA Stromschleife eher unüblich und bisweilen unbrauchbar. Die meisten Geräte nutzen einen OPV + Transistor so wie hier, http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Operationsverst.C3.A4rker_und_Transistor allerdings mit dem Shunt "unter" der Masse und einem 2. OPV als Inverter. http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.elecfans.com/article/UploadPic/2009-4/2009420161648262.gif&imgrefurl=http://www.elecfans.com/article/83/116/2009/2009042051877.html&usg=__xWW33BtFTfwgTtMkcY0plrF9-DU=&h=274&w=481&sz=8&hl=de&start=9&zoom=1&tbnid=vjIjlBEvIt-vVM:&tbnh=73&tbnw=129&ei=gnc3UduYKqem4ATjl4GwBQ&prev=/search%3Fq%3D4-20mA%26um%3D1%26hl%3Dde%26client%3Dfirefox%26sa%3DN%26rls%3Dde.yahoo.com:de:official%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&sa=X&ved=0CDoQrQMwCA
Angehängte Dateien:
-
Konst_stromquelle_2.png
11 KB
Hey, vielen Dank für die Antwort! > Vielleicht doch. Denn wenn du ihn mit virtueller Masse betreibst, > funktioniert das alles nicht so wirklich. Ein VOLLSTÄNDIGER Schaltplan > wirkt Wunder. Hast du Recht, funktioniert wirklich nicht, siehe Anhang! Was könnte man da machen, die 12V wieder subtrahieren oder eine andere Möglichkeit von 24 auf +/-12V zu kommen...? >>Am Ausgang sollen die Standardmäßigen 4/20mA anliegen. > > Wie? Digital oder analog? Analog! >>Uamax/Uamin (24V/0V) = 20mA/4mA = 5 >>Funktioniert nicht deshalb: 20mA/4mA = 24V/4,8V = 5 -> soweit OK > > Was soll uns das sagen? Das sagt uns, dass bei 24V ein Strom von 20mA fließen soll und bei 4,8V (wenn Lichtschranke 0V liefert) 4mA! Danke für die Links! Schaltung soll ich ca. so beibehalten, da mir geraten wurde mich von Transistoren fern zu halten (Aufgabenstellung) - leider!
In welchem Fachbereich schreibst Du Deine Diplomarbeit? Gruss hro
Angehängte Dateien:
-
ksq.png
7,4 KB
Ich hätte die Schaltung wie von Falk vorgeschlagen mit einem externen Transistor aufgebaut. Der Hauptvorteil liegt darin, dass dadurch der minimale Spannungsabfall der KSQ sehr gering wird und damit auch relativ große Lastwiderstände auf Empfängerseite bedient werden können. Oskar H. schrieb: > Schaltung soll ich ca. so beibehalten, da mir geraten wurde mich von > Transistoren fern zu halten (Aufgabenstellung) - leider! Warum denn das? Sind Transistoren so böse? Dann müsste der Opamp ja zig- fach böse sein, denn auch er besteht in seinem Inneren im Wesentlichen aus Transistoren :) Aber sei's drum. Man kann das Ganze prinzipiell auch mit der Howland-KSQ hinbekommen, nur eben nicht ganz so gut. Folgende Dinge solltest du aber beachten: - In deiner Schaltung sind beim Opamp der KSQ die Eingänge vertauscht. - Der LM324 ist zu schwach. Du solltest einen Opamp nehmen, der locker 20mA Ausgangsstrom liefern kann. - Dass das mit der ±12V-Versorgung nicht hinhaut, hast du selber schon gesehen. Nimm stattdessen 24V/0V, dann steigt zudem die maximale Ausgangsspannung des Opamp, wodurch größere Lastwiderstände möglich werden. - Die Überlegung, die zur Hilfsspannung von 4,8V führen, kann ich nicht nachvollziehen. Es ist auch eine höhere Hilfsspannung möglich, wenn die Widerstände geeignet dimensioniert werden. Warum also nicht die Spannung nehmen, die sowieso schon verfügbar ist, nämlich die 24V? - Bei der angegebenen Dimensionierung ist der Ausgangsstrom abhängig vom Lastwiderstand. Ich habe die Schaltung unter diesen Gesichtspunkten angepasst und eine Beispielsdimensionierung mit E24-Widerständen ermittelt (s. Anhang). Der Lastwiderstand darf zwischen 0 und 700Ω liegen, das entspricht einer maximalen Ausgangsspannung von 14V. Der Ausgang der Lichtschranke wird mit maximal 2mA belastet (bei 24V Signalspannung und kurzgeschlossenem KSQ-Ausgang). Ist die maximale Ausgangsspannung zu niedrig oder die Belastung der Lichtschranke zu hoch, kann man an den Widerständen noch etwas drehen, evtl. auf Kosten der Genauigkeit. Die Genauigkeit liegt bei etwa 0,5% plus der Toleranz der Widerstände. Man könnte zwei der Widerstände abgleichbar machen, um die Widerstands- toleranzen auszugleichen und damit eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Der Opamp sollte ein Single-Supply- oder Rail-to-Rail-Typ mit mindestens 30mA spezifiziertem Ausgangsstrom sein. Der in der Simulation verwendete LT1677 erfüllt diese Anforderungen.
Oskar H. schrieb: > das die Konstantstromq. so gut wie möglich temperaturabhängig sein soll Aha, Du willst ein Thermometer bauen? :-) Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: >> das die Konstantstromq. so gut wie möglich temperaturabhängig sein soll > > Aha, Du willst ein Thermometer bauen? :-) Da sage ich nur: LM334 Gruß Anja
>Brauche für meine Diplomarbeit eine kleine Teilschaltung >(Konstantstromquelle), habe leider Probleme damit! Das wundert mich nicht. Für 4...20mA Stromquellen gibt es spezielle Chips, wie den AD694. Diese Chips arbeiten aus guten Gründen völlig anders als deine Howland-Stromquelle. Die 0V Erzeugung mit dem Spannungsteiler und dem Spannungsfolger ist grenzwärtig und macht die ohnehin kritische Howland-Stromquelle nicht gerade stabiler. Fazit: Vergiß deine Bastellösung und mache es gleich richtig, mit einem AD694.
Angehängte Dateien:
-
konstspgsquelle_3.png
12 KB
Hallo zusammen, Transistoren sind im dem Sinne böse, da die Schaltung TemperaturUNabhängig sein sollte, so gut wie möglich, entschuldigt bitte meinen Fehler, habe mich verschrieben! Vielen Dank für die Beispiel Dimensionierung! Aber irgendwie funtzt das bei mir nicht wirklich! (Ach ja, die Lichtschranke liefert 0/24V Versorgungsspannung ist ebenfalls 24V! Wieso hast du beispielsweise die Widerstände R2 und R3 nicht auf gleichen Wert gesetzt? Hat du zufällig einen Tipp wie du die Schaltung dimensioniert hast? Im Tietze ist das etwas kompliziert erklärt... Bei meiner aktuellen Schaltung (Anhang) funktioniert soweit alles wie gewünscht, danke! Habe jedoch nicht die Auswirkung verschiedener Lasten getestet! Werde mal einen Testaufbau wagen! ;-P >> das die Konstantstromq. so gut wie möglich temperaturabhängig sein soll >Aha, Du willst ein Thermometer bauen? :-) Nein möchte ich nicht wirklich, sry für den Rechtschreibfehler! ;) >Fazit: Vergiß deine Bastellösung und mache es gleich richtig, mit einem >AD694. Ich soll Schaltungen für meine Aufgabenstellung anwenden, welche wir im Unterricht durchgenommen haben, eine Stromquelle wurde zwar nicht gelehrt, dennoch sollte sie mit OPV's aufgebaut und dimensioniert werden! Ach ja, bei uns heißt das nur Diplomarbeit (warum auch immer) ist in Wirklichkeit nur ein "Projekt" Beste Grüße
@ Oskar H. (marginru) >Transistoren sind im dem Sinne böse, da die Schaltung >TemperaturUNabhängig sein sollte, so gut wie möglich, Klar, und der Rest der Welt ist dämlich und entwickelt nur vermurkste Schaltungen?!? Die professionellen Schaltungen sind auch MIT Transistoren temperaturstabil. >Wieso hast du beispielsweise die Widerstände R2 und R3 nicht auf >gleichen Wert gesetzt? Weil man sonst nicht die gewünschte Funktion erhält? >Bei meiner aktuellen Schaltung (Anhang) funktioniert soweit alles wie >gewünscht, danke! In der Simulation. Was bedeutet, dass es im realen Aufbau Probleme geben wird ;-) Denn es fehlt der Abgleich der 10k Widerstände. Hier braucht man ein Poti. Wohin der muss, steht in der oben verlinkten Application Note. >gelehrt, dennoch sollte sie mit OPV's aufgebaut und dimensioniert >werden! Gut. >Ach ja, bei uns heißt das nur Diplomarbeit (warum auch immer) ist in >Wirklichkeit nur ein "Projekt" Östereicher halt, haben immer noch nicht den Untergang ihrer Monarchie verarbeitet . . .
Falk Brunner schrieb: >>Ach ja, bei uns heißt das nur Diplomarbeit (warum auch immer) ist in >>Wirklichkeit nur ein "Projekt" > > Östereicher halt, ... Wie kommst du darauf? Gerade in Österreich ist eine "Diplomarbeit" die Abschlussarbeit für das Diplom-Studium.
@nicht "Gast" (Gast) >>>Ach ja, bei uns heißt das nur Diplomarbeit (warum auch immer) ist in >>>Wirklichkeit nur ein "Projekt" > >> Östereicher halt, ... >Wie kommst du darauf? Gerade in Österreich ist eine "Diplomarbeit" die >Abschlussarbeit für das Diplom-Studium. Ne, gerade dort haben einfache Schülerprojekte und Abschlüsse sehr hochtrabende Namen.
Oskar H. schrieb: > Transistoren sind im dem Sinne böse, da die Schaltung > TemperaturUNabhängig sein sollte, so gut wie möglich, entschuldigt bitte > meinen Fehler, habe mich verschrieben! Die vorgeschlagene Schaltung mit Opamp und Transistor ist ja nicht vergleichbar mit so einer Primitiv-KSQ aus einem Einzeltransitor nach diesem Muster: http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle#Mit_Bipolartransistor Der Opamp regelt die Fehler des Transistors gößtenteils aus. Der einzige Schönheitsfehler bei der Schaltung mit Opamp und Bipolartransistor besteht darin, dass zwar der Emitterstrom nahezu perfekt geregelt wird, durch die Last aber der Kollektorstrom fließt, der dem Emitterstrom minus dem Basisstrom entspricht und dieser Basisstrom nicht exakt vorhersehbar ist. Diesem Problem begegnet man dadurch, dass man einen Transistor mit sehr hoher Stromverstärkung (einen Darlington) oder noch besser einen Mosfet nimmt. > Vielen Dank für die Beispiel Dimensionierung! Aber irgendwie funtzt das > bei mir nicht wirklich! (Ach ja, die Lichtschranke liefert 0/24V > Versorgungsspannung ist ebenfalls 24V! Hast du berücksichtigt, dass in meinem Schaltplan aus Ästhetikgründen die beiden Spannungsquellen und R5 und R6 anders angeordnet sind? Bei mir funktioniert die Schaltung selbst mit dem LM324 in der Simulation nahezu perfekt. Allerdings wird er an den Grenzen seiner Spezifikation betrieben, so dass in der Praxis Probleme auftreten könnten. > Wieso hast du beispielsweise die Widerstände R2 und R3 nicht auf > gleichen Wert gesetzt? Ich habe R1 auf 470Ω gesetzt. Zu groß ist schlecht, weil dadurch die maximale Ausgangsspannung reduziert wird. Zu klein ist ebenfalls schlecht, weil dann die Ungenauigkeiten der Widerstände und des Opamps deutlicher zu Tage treten. Des Weiteren habe ich die Hilfs(Offset-)spannung auf 24V gesetzt, weil diese Spannung gratis zur Verfügung steht. Daraus entsteht dann rein rechnerisch das Verhältnis R2 : R3 = 47 : 120 > Hat du zufällig einen Tipp wie du die Schaltung dimensioniert hast? Im > Tietze ist das etwas kompliziert erklärt... Ich habe die Schaltung mittel Knotenpunktanalyse durchgerechnet. Der Ausgangsstrom ist
Damit der Strom lastunabhängig ist, muss der Faktor vor Rlast gleich 0 sein, also
Eingesetzt in die Gleichung für IA ergibt sich:
Durch Einsetzen von Ulichtschanke = 0V, IA = 4mA und Ulichtschanke = 24V, IA = 20mA entstehen daraus zwei Gleichungen mit fünf Unbekannten (R1, R4, R5, R6 und Uoffset), von denen drei frei gewählt und zwei berechnet werden können. Ich habe R1=470Ω und Uoffset=24V gewählt und für R4 solange E24-Werte ausprobiert, bis für R5 und R6 ebenfalls näherungweise E24-Werte herauskamen. Das war für R4=2,4kΩ der Fall (R5=9,160kΩ, R6=36,64kΩ). > Bei meiner aktuellen Schaltung (Anhang) funktioniert soweit alles wie > gewünscht, danke! Glaube ich nicht ;-) > Habe jedoch nicht die Auswirkung verschiedener Lasten getestet! Das hättest du tun sollen. Die Genauigkeit ist zwar nicht extrem schlecht, aber auf jeden Fall schlechter als die einer einfachen Transistorlösung mit den bösen Temperaturfehlern ;-) > Werde mal einen Testaufbau wagen! ;-P Versuche erst einmal, das Ganze in der Simulation perfekt zum Laufen zu bringen. Ich wünsche dir noch viel Erfolg :)
Vielen Vielen dank für die Erklärungen! Habs jetzt nochmals simuliert und den Fehler gefunden - klassisch Vcc/GND am OPV vertauscht ;P Funktioniert perfekt! Eine Frage habe ich noch: >Des Weiteren habe ich die Hilfs(Offset-)spannung auf 24V gesetzt, weil >diese Spannung gratis zur Verfügung steht. Daraus entsteht dann rein >rechnerisch das Verhältnis >R2 : R3 = 47 : 120 Wie kommt man von einer Offsetspannung von 24V bitteschön auf 12k und 4k7, ist mir nicht ganz klar?! Das was du geschrieben hast ist ein Verhältnis... Sollte das aber nicht ein Spannungsteiler sein? >>>>Ach ja, bei uns heißt das nur Diplomarbeit (warum auch immer) ist in >>>>Wirklichkeit nur ein "Projekt" >> >>> Östereicher halt, ... >>Wie kommst du darauf? Gerade in Österreich ist eine "Diplomarbeit" die >>Abschlussarbeit für das Diplom-Studium. >Ne, gerade dort haben einfache Schülerprojekte und Abschlüsse sehr >hochtrabende Namen. Recht hat er! Warums so is, keine Ahnung - klingt aber gar nicht mal so schlecht, so jung und schon ne Diplomarbeit ;) >Östereicher halt, haben immer noch nicht den Untergang ihrer Monarchie >verarbeitet . . . Schon langsam wird's!
Yalu X. schrieb: > Die vorgeschlagene Schaltung mit Opamp und Transistor ist ja nicht > vergleichbar mit so einer Primitiv-KSQ aus einem Einzeltransitor nach > diesem Muster: Naja, diese hier: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/bilder/currled4.gif ist sogar recht temperaturstabil. :-) Trotzdem würde ich im Zweifelsfall doch eher die "klassische" löund OPV/Transistor vorziehen. Wenn man den Transistor weglässt, hat man auf jeden Fall mehr Verlustleistung im OPV und damit eine höhere Temperaturdrift. (die Oskar, wie er inzwischen klargestellt hat, ja nicht will. :-) Gruss Harald
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschalten
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.