Hallo, erst mal danke an alle die das lesen und mir auch helfen wollen. Ich habe die angehängte Schaltung in echt Aufgebaut mit dem Erfolg, dass die Ausgangspannung (R2) schwingt. Schaltungsbeschreibung: Ich benötige eine Spannungsbegrenzung von 12V. Die Eingangspannung kann zwischen 9 und 16,4 V schwanken. Der Controller (V2) soll die ganze Spannung abschalten können. Da der OP in der Schaltung noch verfügbar ist wollte ich dem OP über D1 eine Referenzspannung vorgeben. Wird die Eingangsspannung größer als 12 V müsste doch der OP den Transistor Q1 "Sperren / Drosseln " und damit auch den Transistor Q2 Um etwaige Schwinungen zu vermeiden habe ich noch zusätzlich den C1 vorgesehen. Das ganze funktioniert in der Simulation nur real aufgebaut schwingt die Ausgangspannung ab ca 14 V permanent zwischen 0 und U-Eingang. Ich bin um jede Hilfe dankbar. Grüße Tom
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OK, ohne Deine Schaltung genauer an zu sehen, was für eine Spannung liegt am negativen Eingang an, wenn Q1 sperrt!
Hallo gemessen habe ich das noch nicht. Laut Simulation und Berechnung 0V Rückgekoppelt über R2 und R1 Grüße Tom
Die Last am Ausgang mit 120 kOhm ist ziemlich hochohmig, evtl. würde da ein Widerstand mit 10 kOhm oder 1 kOhm als Grundlast helfen. Die Schaltung mit Q3 ist ziemlich nicht-linear, es gibt einen relativ scharfen Knick bei einer Ausgangsspannung von ca. 6V am OPA-Ausgang. Hast du mal den Arbeitspunkt mit 120 kOhm am Ausgang berechnet? Der sollte so sein, dass der Transistor Q3 immer im linearen Bereich betrieben wird. Wiso braucht man Q3 überhaupt? Kannst du nicht einfach einen Widerstand statt Q3 einbauen?
Du hast soeben erfahren, warum PNP (LowDrop) Regler inhärent instabil sind und nur mit Ausgangskondensatoren mit bestimmten ESR Werten überhaupt kompensierbar sind um zu funktionieren. Q3 halte ich allerdings für überflüssig und ein LM358 kann natürlich nicht 12V messen (common mode input voltage range) wenn er mit 10.5V versorgt wird, der braucht mindestens 15V
Ok, dan malanders. Am neg.Op.Eingang liegen mehr als 12V an, der OP Sperrt Q1/Q2. Wie hoch ist dann die Spannung am neg.Op.Eingang, immer noch mehr als 12V? (bitte nicht Messen, Denken!)
Hallo, Erst mal danke für euere Antworten. zu den Fragen: Q3 ist dazu da mit Hilfe eines MC die Spannung aus- und einzuschalten. RL ist Simuliert und gemessen zwischen 30Ohm und den 12 KOhm ändert nur leider nichts. Das der OP erst ab einer bestimten Eingangspannung arbeiten kann ist mir bewust und wurde in kauf genommen (14V machen der angehängten Schatung nichts aus aber 16V) @MaWin Ja die Instbilität habe ich gelernt aber was mache ich dagegen? Danke und Grüße Tom
Zunächst mal anstatt der 12V-Z-Diode ca. 6V nehmen. Dementsprechend die Ausgangsspannung nicht mit R1 an den Minuseingang sondern über einen Teiler z.B. 12k/12k, sodass der LM358 die Eingänge auf vernünftigem Potential hat. Der Teiler ist gleich eine Grundlast und an ihm kann die Ausgangsspannung fein eingestellt werden. R2 kann entfallen C1 nicht am OP-Amp sondern parallel zum Teiler. Einen Widerstand(1k) zwischen Kollektor Q3 und Emitter Q1 schalten, die Verstärkung in Q1 ist unnötig hoch und macht die Schaltung instabiler.
>Ich benötige eine Spannungsbegrenzung von 12V. Die Eingangspannung kann >zwischen 9 und 16,4 V schwanken. Wie genau müssen denn die 12V sein? Was hängt für eine Last an der begrenzten Spannung?
Tom_1975aq schrieb: > Ja die Instbilität habe ich gelernt aber was mache ich dagegen? Hab ich beschrieben.
Hallo Tom,
dein Problem besteht im Grunde darin, dass du jede Menge Verstärkung in
die Rückkoppelschleife packst. Dadurch erhöhst du stark die
Schleifenverstärkung deiner Schaltung. Und die Schleifenverstärkung muss
bekanntlich auf <1 abgesunken sein bei der Frequenz, bei der die
Phasenverschiebung 180° erreicht.
Aktuell führt eine Spannungsänderung am OPV-Ausgang zu einem Strom
dI=dU/R6 in der Basis von Q1. Die wird mit h_Q1 und h_Q2 verstärkt (also
mindestens Faktor 1000) und erzeugt an RL // R1 den Spannungsabfall, den
du zurückkoppelst. Die Verstärkung dieser Stufe beträgt also grob
(RL||R1) / R6 h_Q1 hQ2
Um das stabil zu kriegen musst du die übertriebene Schleifenverstärkung
reduzieren. Folgende Schritte sollten dabei helfen
1) R6 viel größer machen (Q1 braucht nur einen sehr kleinen Basisstrom)
2) Q1 einen Emitterwiderstand verpassen (was die Stromverstärkung der
ersten Transistorstufe h_Q1 reduziert)
3) den Lastwiderstand bei hohen Frequenzen viel kleiner machen (über
einen Snubber oder über den von Mawin erwähnten Kondensator mit ESR, was
auf des selbe rausläuft).
Dass beim LM358 die Versorgung einige V über der Eingangsspannung liegen
muss, wurde ja schon erwähnt. Und zum Abschalten der Ausgangsspannung
würde ich persönlich eher die Zenerdiode kurzschließen als am Ausgang
des OPV rumzuspielen (sonst dürfte beim Wiedereinschalten die
Ausgangsspannung deutlich überschießen bis der OPV wieder aus der
Begrenzung zurück gekommen ist).
Dass du in der Simu keine Schwingneigung siehst wundert mich übrigens.
Ersetze dort doch mal die Zenerdiode durch eine Spannungsquelle, die du
schnell von 10V auf 10,2V pulst. Siehst du dann in der Simu ein
gutmütiges Einschwingverhalten oder schießt die Ausgangsspannung dann
deutlich über?
So toll ist die Referenzspannungserzeugung auch nicht. Schau Dir mal den Spannungsverlauf an (+) bzw. D1 an - in der aktuellen Simulation. Nimm entweder eine "intelligente" Zehnerdiode (<< 9V)oder zwei in der Form, dass die erste ca. 7 V stabilisiert mit 'nem ordentlichen Elko und eine zweite, gefüttert mit diesen 7V, auf 3 bis 4 V die dann dem OP vorgesetzt werden. Schon wenn die Versorgungsspannung unter 13 - 14V sinkt ist Schluss mit lustig. P.S. ich weiß nicht wer die Vorschläge, in der Rechtschreibprüfung für: "Zehnerdiode" macht. Sie sind aber sinnlos bis lustig.
Amateur schrieb: > > P.S. ich weiß nicht wer die Vorschläge, in der Rechtschreibprüfung für: > "Zehnerdiode" macht. Sie sind aber sinnlos bis lustig. Falls deine Rechtschreibprüfung auch "Zenerdiode" vorgeschlagen hat, dann solltest du dem Rat folgen :-) Sie hat nichts mit der Zahl "Zehn" zu tun, sondern ist nach einem amerikanischen Physiker benannt, der den Zenereffekt entdeckt hat.
>Sie hat nichts mit der Zahl "Zehn" zu tun, sondern ist nach einem >amerikanischen Physiker benannt, der den Zenereffekt entdeckt hat. Aber der hatte "zehn" Finger... Nein, wir brauchen vom TE viel mehr Details. Wahrscheinlich kann man die ganze Geschichte viel einfacher und eleganter lösen...
Ohne sehr viel Aufwand kann man mit einer Schaltung, die das Prinzip des Längsreglers verwendet, mit einer Eingangsspannung zwischen 9 und 16,4V nichts 12V-ähnliches erzeugen. Spätestens unter 12V tanzt deine Ausgangsspannung nur noch rum. Und das im Rhythmus der Versorgungsspannung. Das auch nur, wenn die Regelung nicht schon vorher an Magersucht eingeht.
Achim S. schrieb: > Aktuell führt eine Spannungsänderung am OPV-Ausgang zu einem Strom > dI=dU/R6 in der Basis von Q1. Die wird mit h_Q1 und h_Q2 verstärkt (also > mindestens Faktor 1000) und erzeugt an RL // R1 den Spannungsabfall, den > du zurückkoppelst. Die Verstärkung dieser Stufe beträgt also grob > > (RL||R1) / R6 h_Q1 hQ2 Das ist alles falsch. Der Kollektorstrom von Q1 beträgt etwa 0,7V/3k8=184µA (3k8=Basis-Emitter-Widerstand von Q2), der Basisstrom von Q1 ist etwa 600nA (B=300). Die Steilheit von Q1 im AP beträgt Ic/UT. Wenn man Ic (und damit auch Ib) von Q1 verdoppeln wollte, wäre dazu eine Ube-Änderung von 26mV nötig, was am R6 aber nur zu einer Spannungsänderung von 2,3mV führt. Der Großteil (>90%) der Ausgangsspannungsänderung des OPV wirkt an der Basis-Emitter-Strecke von Q1. R6 und B(Q1) gehen näherungsweise nicht in die Verstärkung ein. Achim S. schrieb: > Um das stabil zu kriegen musst du die übertriebene Schleifenverstärkung > reduzieren. Folgende Schritte sollten dabei helfen > 1) R6 viel größer machen (Q1 braucht nur einen sehr kleinen Basisstrom) Nein. Wie eben gezeigt, hat R6 mit 3k8 keinen wesentlichen Einfluss auf die Verstärkung, aber er fügt einen Tiefpass (mit der Eingangskapazität von Q1) in der Schleife hinzu. Eine Vergrößerung von R6 führt nur zu immer stärkerer Phasendrehung und damit zu zunehmender Schwingneigung, ohne das durch Verstärkungsminderung ausgleichen zu können.
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Einfluss_Snubber.png
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ArnoR schrieb: >> (RL||R1) / R6 h_Q1 hQ2 > > Das ist alles falsch. "Alles falsch" klingt, als wäre die ganze Überlegung falsch. Ich muss dir rechtgeben, dass ich den Einfluss von R6 falsch bedacht habe, den Rest der Überlegung finde ich immer noch nicht so abwegig. Der Arbeitspunkt von Q1 ist tatsächlich so exotisch, dass man in der Schaltung keinen nennenswerten Spannungsabfall an R6 erzeugen kann. Zur Demo habe ich die Schaltung von Tom mal im Groben in LTSpice nachgebaut und meinen Vorschlag an Tom zur Bewertung der Schwingneigung simuliert. Gezeigt ist jeweils die Ausgangsspannung in Reaktion auf einen Sprung der Sollspannung bei verschiedenen Widerstandswerten. In "Einfluss_R6.png" sieht man, dass sich bei Variation von R6 die Frequenz verschiebt, die Schwingneigung aber tatsächlich nur rudimentär reduziert. In "Einfluss_RE.png" habe ich meinen zweiten Vorschlag eingebaut (einen Emitterwiderstand für Q1). Damit lässt sich offensichtlich schon was bewegen, zumindest laut Simu sollte man ein stabiles System erreichen können. In "Einfluss_Snubber.png" kommt dann der dritte Vorschlag zum Einsatz. Im linearen Betrieb sollte man damit eine stabile Schaltung bauen können. Im Grenzbereich, wenn die Versorgung unter den Limiter absinkt, kommt es sicher auf die Eigenheiten des jeweiligen OPVs an, da würde ich selbst keiner Simu trauen.
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diskreter_Limiter.png
80 KB
noch ein Nachtrag für Tom: falls du mit deiner OpAmp-Lösung nicht glücklich wirst habe ich oben noch eine diskrete Schaltung angehängt, die ich vor Jahren mal zur Limitierung einer Versorgung auf 3,3V gebaut habe. Sie ist sicher auch nicht der Weisheit letzter Schluss (z.B. das wenig exakte Einstellen der Sollspannung über 4 Si-Dioden in Serie), aber sie funktioniert in dieser Form seit Jahren problemlos. Vielleicht kannst du sie für deine Bedürfnisse anpassen. Zur Funktion: solange die Ausgangsspannung unter dem Limit liegt steuert Q2 den pnp Q3 voll auf. Sobald der Limit-Wert erreicht ist, beginnt Q1 zu leiten und klaut Q2 den Ansteuerstrom weg.
Achim S. schrieb: > "Alles falsch" klingt, als wäre die ganze Überlegung falsch. Nein, das bezog sich nur auf den zitierten Teil, deine grundsätzlichen Überlegungen im ersten Absatz sind richtig. Die stärkste Wirkung zur Reduktion der Schleifenverstärkung hat der Emitterwiderstand für Q1, wenngleich er natürlich nicht die Stromverstärkung, sondern die Spannungsverstärkung reduziert. Außerdem sollte man R4 weglassen, er vergrößert durch den Miller-Effekt und die kleinere Uce die wirksame Eingangskapazität von Q1. Insgesamt ist diese Art Schaltung sehr kritisch (es ist ein LowDrop-Regler) und die Dimensionierung durch den TE sehr ungeschickt. Weitere Hinweise kann man nur bei genauer Kenntnis der Lastparameter geben. Auch würde man eine Abschaltung nicht an der Stelle machen, die der TE vorgesehen hat, sondern durch Abschalten der Referenzspannung.
Hallo erst mal danke für eure rege Beteiligung. Es wurde bereits ja diskutiert ich habe versucht einen Low Drop Spannungsbegrenzung zu bauen (die Brauche ich immer noch) Da war es einfach zu verführerisch da ein OP noch frei war diesen zu benutzen und damit einen pnp Transistor anzusteuern. Auch der viel diskutierte Q3 sollte 2 Aufgaben auf ein mal lösen. 1. Den Arbeitspunkt des OP´s auf einen günstigeren Bereich verschieben. 2. Die 12 V abschalten. Zusammengefasst habe ich verstanden das das Problem der Schaltung hauptsächlich in der zu großen Verstärkung liegt Nochmals Danke euch allen ich werden jetzt erst mal wieder nach einer Lösung suchen. @ Achim Danke für die Schaltung werde sie mal näher untersuchen Grüße Tom
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