Stabilität Galvanostat

[Philipp G (Gast)]

Hallo,

ich habe eine kleine Projektaufgabe. Ich soll eine Galvanostatschaltung 
entwickeln, die ein Messobjekt mit konstanten Strom speist und die 
Spannung über diesem Objekt misst.
Ich habe mich am Anfang mit der konstanten Stromspeisung beschäftigt und 
dazu die Schaltung (Figure1) entwickelt.

Für diese Aufgabe sollte eine Spannung umgewandelt werden in einen Strom 
und, nachdem es das Messobjekt durchflossen hat, wieder in eine Spannung 
zurück gewandelt werden. Ich habe die Schaltung erfolgreich simuliert 
und wollte sie mit zwei OPV's (NE5532) erstmal im DC-Bereich aufbauen 
und da ging nichts! Mein Betreuer sagte ich sollte mal eine 
Stabilitätsanalyse machen und speziell auf die dynamischen Parameter 
acht geben.

Meine Frage ist nun sind die dynamischen Parameter im DC-Bereich 
wirklich zu beachten?
Seht ihr vielleicht einen möglichen Grund für die nicht funktionierende 
Schaltung?
Und kennt ihr gute Quellen, die ich zur Einarbeitung für die 
Stabilitätsanalyse verwenden könnte.

Vielen Dank

Philipp

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

Philipp G schrieb:
> Ich habe die Schaltung erfolgreich simuliert und wollte sie mit zwei
> OPV's (NE5532) erstmal im DC-Bereich aufbauen und da ging nichts!
Was heißt "nichts"? Wie hast du festgestellt, dass da "nichts" ging? Was 
hast du erwartet, was hast du bekommen? Welche Messgeräte hast du dabei 
verwendet?

> Ich habe mich am Anfang mit der konstanten Stromspeisung beschäftigt
Such doch einfach mal nach "Konstantstromquelle".

> dazu die Schaltung (Figure1) entwickelt.
Deine Schaltung hat den eklatanten Nachteil, dass der gesamte Strom über 
den R3 fließen muss. Da kann es schnell mal passieren, dass der U2 die 
nötige Spannung am Ausgang nicht mehr hinbekommt...
Die "traditionelle" Schaltung mit nur 1 OP ist dagegen simpel, robust 
und vor allem: massebezogen (die Last hängt nicht "irgendwie in der 
Luft").

[Philipp G (Gast)]

Hi,

ich hatte die Schaltung mit den in Figure1 erkennbaren Spezifikationen 
simuliert und dann versucht die Schaltung genau so aufzubauen und im 
realen zu testen. Ich möchte gern, dass durch den Widerstand (R2) ein 
Strom von 5 mA fließt und am Ausgang von U2 ein Potential von -5 V 
anliegt. Bei meiner Messung hatte ich ein Multimeter zur Strommessung in 
Reihe mit dem R2 geschalten und dazu das Potential am Ausgang von U2 
gemessen, ebenfalls mit einem Multimeter. Die Versorungs-PIN's wurden 
auch mit Abblockkondensatoren (0.1µF) versehen. Für den Strom wurden 
20.4 mA und für die Spannung -3.45V gemessen.

Die Schaltung für einen traditionellen OPV kenne ich, aber ich möchte 
den Strom wieder in eine Spannung wandeln um diese im späteren Verlauf 
dieses Projektes an einen ADU übermitteln zu können. Das ist der Grund 
für den Transimpedanzverstärker in der Rückkopplung.

[Philipp G (Gast)]

Sorry, ich meine, die Schaltung für eine Konstantstromquelle mit nur 
einem OPV kenne ich.

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

Philipp G schrieb:
> Für den Strom wurden 20.4 mA und für die Spannung -3.45V gemessen.
Am Lastwiderstand? Das kann eigentlich nicht sein, den ein positiver 
Strom, der dort hindurchfließt, muss eine positive Spannung erzeugen...

Viel interessanter wären aber die Spannungen an den 
Operationsverstärker-Ein- und Ausgängen gegen Masse gemessen.

> Ich möchte gern, dass durch den Widerstand (R2) ein Strom von 5 mA
> fließt und am Ausgang von U2 ein Potential von -5 V anliegt.
Welche Versorgungsspannungen hast du?

Philipp G schrieb:
> Für den Strom wurden 20.4 mA und für die Spannung -3.45V gemessen.
Du hattest also eine Spannung von 20,4V über dem R3 und damit knapp 17V 
am invertierenden Eingang vom U2. Damit hätte das Ding aber komplett 
aufsteuern müssen. Da stellt sich die Frage: warum kommt der dann am 
Ausgang nur auf -3,5V?

> Die Schaltung für einen traditionellen OPV kenne ich, aber ich möchte
> den Strom wieder in eine Spannung wandeln um diese im späteren Verlauf
> dieses Projektes an einen ADU übermitteln zu können.
Warum sollte das mit der "traditionellen" Schaltung nicht gehen? Oder 
andersrum: solange die KSQ funktioniert, MUSS der Strom derjenige sein, 
denn du einstellst. Wenn sie ausserhalb des Arbeitsbereiches ist, dann 
hast du sowieso ein anderes Problem...

[Pandur S. (jetztnicht)]

Duerfen wir, untertänigst, etwas zur Anwendung erfahren ?

[Andrew T. (marsufant)]

Jetzt Nicht schrieb:
> Duerfen wir, untertänigst, etwas zur Anwendung erfahren ?

Guckst Du : Potentiostat.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ja.ja. Und weiter ? Einfach eine galvanische Zelle ? Etwas Kupfer 
auftragen, oder so ? Oder eher etwas Biochemisches, mit Enzymen ?

[Philipp G (Gast)]

Hi,

Der Strom von 20.4mA fließt durch den Widerstand R2 und die Spannung von 
-3.45V liegen am Ausgang von U2 an. Am Eingang von U2 liegen 1.03V an 
und über den R2 fallen 2.03V ab. Am Eingang von U1 liegen -0.75V an und 
am Ausgang liegen 3.09V an.

Ich habe mich leider etwas verschrieben, ich möchte gern am Ausgang von 
U2 -1V haben. Die Versorgungspannung ist +-5V.

Der Widerstand R3 wird von -4.47mA durchflossen und der Widerstand R4 
wird von -2.69ma durchflossen.

Alle diese Werte sind total komisch. Es sieht für mich aus als würde in 
den OPV U2 direkt Strom hineinfließen, da ja der R3 von nur -4.47mA 
durchflossen wird. Ich verstehe es über Haupt nicht.

Ich habe die Messwerte nochmal in Figure2 dargestellt, ich hoffe es ist 
erkennbar.

[Philipp G (Gast)]

Die Schaltung soll möglicherweise verwendet werden um elektrochemische 
Zellen zu vermessen. Für diese Endanwendung ist diese Schaltung noch 
nicht verwendbar, ist noch in Arbeit.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Mir gefaellt nicht, dass U1 Openloop, dh ohne dirkekte Ruckkopplung, 
betrieben wird, und ich wuerde die Spannungen daher mit dem Oszilloskop 
nachmessen.

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

Philipp G schrieb:
> Die Versorgungspannung ist +-5V.
Diese Schaltung wird mit +-5V niemals gut funktionieren können. Denn der 
kann am Eingang dann maximal +-2V (Gleichtaktbereich, Common Mode 
Voltage Range) und am Ausgang bestenfalls +-3V (Output Voltage Swing).
Und genau so sieht es hier auf jeden Fall auch aus: die Ausgänge hängen 
voll am Anschlag...

Mein Tipp: nicht umsonst sind alle Angaben im Datenblatt für +-15V.

[Philipp G (Gast)]

Hi,

ich habe die Versorgungsspannung von +-5V mal auf +-15V angehoben. Die 
Messergebnisse sind ebenfalls schlecht, sie haben sich nur erhöht und 
die Ausgänge hängen wieder voll auf Anschlag.

Kann es sein, dass das System nicht ganz stabil ist? Wie untersucht man 
genau die Stabilität von so einer Schaltung, kennt ihr da vielleicht ein 
paar gute Quellen um sich einzuarbeiten?

Gruß Philipp

[Pandur S. (jetztnicht)]

Der - Eingang zusammen mit dem Ausgang des U1 sollte die Antwort 
liefern.

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

Philipp G schrieb:
> Kann es sein, dass das System nicht ganz stabil ist?
Wenn das System nicht "stabil" ist, dann bedeutet das idR. dass es 
schwingt. Das scheint hier aber nicht der Fall zu sein, denn...
> die Ausgänge hängen wieder voll auf Anschlag.
Trotzdem: auch ich würde da mit einem Oszi ran, so ein Multimeter ist 
etztlich nur ein Schlüsselloch. Und da durch möchte ich keinen ganzen 
Film anschauen müssen. Dabei entginge mir zu viel.

> Kann es sein...
Mein Tipp: trenne den Regelkreis auf und teste jede OPV-Stufe einzeln 
für sich, ob sie überhaupt funktioniert. Wobei das mit dem offenen OP 
recht spannend werden könnte...

Wie sieht denn der Aufbau aus? Wie lang sind die Leitungen?