Elektronische Last mit Differenzverstärker

[Stefan D. (mackie05)]

Hallo,

ich habe eine Schaltung für eine elektronische Last entworfen, bei der 
ich den Sollwert mit einen DAC vorgeben möchte. Um den Sollwert 
unabhängig vom Widerstand der Massezuleitung vorgeben zu können will ich 
den Spannungsabfall am Shunt über einen Differenzverstärker dem Regel 
OPV zuführen. Das klappt bis jetzt auch in Theorie und Praxis, 
allerdings habe ich einen Effekt, bei dem ich nicht weiter weiß und 
hoffe von Euch Rat zu bekommen:

Dimensioniere ich den Diff-Amp als Gain 1 und gebe für die Spannung von 
0.5V für die Vollaussteuerung(5A@0.1R Shunt) am DAC aus bekomme ich eine 
sehr gute Impulsantwort ohne jegliche Überschwinger(Bild 
"DAC_0_5V_U1Gain1"). Möchte ich jetzt aber den Spannungsbereich des 
DAC's(0-2.5V) besser ausnutzen und stelle am Diff-Amp einen Gain von 4 
ein, so bekomme ich Überschwinger(Bild "DAC_2V_U1Gain4"), die ich nur 
ansatzweise und dann nur durch einen vergleichsweise großen C von ca. 
100nF im Rückkopplungszweig in den Griff bekomme.

Habe jetzt schon diverse OP'Vs sowie R und C Kombinationen getestet, 
muss aber zugeben, dass meine analogen Kenntnisse hier enden.

Habt Ihr einen Tip für mich?

Zur Not würde ich die DAC Spannung mit bspw. einem LTC1043 auf ein 
viertel runterteilen um dann mit Gain 1 weitermachen.

Danke und Gruß
Stefan

[Sascha (Gast)]

Da solltest du dich vielleicht eher mit Regelungstechnik beschäftigen.

Wenn man den Verstärkungsfaktor erhöht und ein schwingfähiges System 
hat, bekommt man Schwingungen. Da ist der Diff-Amp nicht Schuld dran, 
der tut imho seinen Job.

[Stefan D. (mackie05)]

Das ist mir soweit klar, nur das der Effekt bereits bei so kleinen 
Verstärkungen wie 2-fach oder 4-fach schon solch große Auswirkungen hat, 
und sich nur mit deutlich größeren Kapazitäten minimieren lässt, das 
überrascht mich dann doch.

[ths (Gast)]

Der LTC2054 ist ein Zero-Drift Verstärker aka Chopper. Das ist für DC 
wunderbar, aber für dynamische Anwendungen ist das Ding weniger 
geeignet. Wenn die Verstärkung vzwischen 1 und 4 geschaltet werden soll, 
wäre z. B. ein PGA205 der bessere Verstärker für diesen Anwendungsfall.

[Stefan D. (mackie05)]

ths schrieb:
> Der LTC2054 ist ein Zero-Drift Verstärker aka Chopper. Das ist für DC
> wunderbar, aber für dynamische Anwendungen ist das Ding weniger
> geeignet. Wenn die Verstärkung vzwischen 1 und 4 geschaltet werden soll,
> wäre z. B. ein PGA205 der bessere Verstärker für diesen Anwendungsfall.

Den PGA205 hatte ich auch schon im Blick, allerdings bisher kein Spice 
Model gefunden. Daher weiß ich dann auch nicht wie hier die 
Überschwinger aussehen, und bei dem Preis einen auf Verdacht zu kaufen 
möchte ich auch nicht. Zudem geht es mir nicht um das Umschalten, 
sondern um eine präzise Verstärkung von 4. Ich hätte gern, dass ich 
bspw. über den DAC 1A einstelle und der Wert initial um nicht mehr als 
3% abweicht, bevor ich den DAC mit einem am ADC gemessen Wert 
korrigiere.

[Der Andere (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> Den PGA205 hatte ich auch schon im Blick, allerdings bisher kein Spice
> Model gefunden. Daher weiß ich dann auch nicht wie hier die
> Überschwinger aussehen

Wie die Überschwinger aussehen, wirst du auch erst auf der realen 
Platine sehen, was du in der Simulation siehst muss in dem Bereich nicht 
viel mit der Wirklichkeit gemeinsam haben.

Les mal das:
http://electronicdesign.com/analog-amp-mixed-signal/what-did-bob-pease-emreallyem-think-about-spice

[ths (Gast)]

Mir fällt auf, dass der IRF mit maximal 5 V Ugs angesteuert wird, was 
mir ein bisschen knapp vorkommt, ohne jetzt ins Dabla zu schauen.

Der Verstärkungsfehler des PGA liegt bei 0,024 %, das ist gar nicht so 
schlecht. Muster gibt's kostenlos direkt von TI.

[Michael B. (laberkopp)]

Stefan D. schrieb:
> so bekomme ich Überschwinger

Nun, U2 hast du kompensiert mit C1, aber U1 nicht. Letztlich musst du C1 
sowieso an das reale Verhalten der Regelstrecken anpassen, eine 
Simulation hilft einen passenden Startwert zu finden, aber danach kommt 
der Unterschied zwischen Theorie und Praxis.

Und richtig, LTC2054 ist nicht so geeignet.

[Stefan D. (mackie05)]

Der Andere schrieb:
> Wie die Überschwinger aussehen, wirst du auch erst auf der realen
> Platine sehen, was du in der Simulation siehst muss in dem Bereich nicht
> viel mit der Wirklichkeit gemeinsam haben.
>
> Les mal das:
> 
http://electronicdesign.com/analog-amp-mixed-signal/what-did-bob-pease-emreallyem-think-about-spice

Ich sehe die Simulation auch schon eher als Anhaltspunkt ob ich mich in 
die richtige Richtung bewege. Bin jetzt allerdings noch ein gutes Stück 
davon entfernt.

@Ths
Die technischen Daten sehen ohne Zweifel sehr gut aus, nur wie gesagt 
kann ich das Überschwingverhalten nicht abschätzen. Bisher habe ich auch 
das Rauschverhalten der OP's über LTSpice simuliert und komme das schon 
auf eine große Spannweite. Als Privatperson wird mit TI wohl keine 
Muster schicken...

Die 5V reichen mit Rail-to-Rail OPV's gut aus um mit dem IRF540 fünf 
Ampere zu bekommen - und das dann auch nicht nur simuliert :-)

@Michael Bertrandt
Stimmt, die Kompensation hilft etwas, muss hier nochmal ausführlicher 
simulieren und gute Startwerte zu finden.

Weswegen genau seht ihr den LTC2054 als ungeeignet an? Hatte bisher auf 
dem Steckbrett mit einem LTC1050(Chopper) getestet und das lief mit Gain 
1 recht anständig.

Vielen Dank schonmal an Alle

[ths (Gast)]

Gib Ingenieurbüro Müllermaier als Adresse an...

Simulation ist schön, aber Praxis zählt.

[Der Andere (Gast)]

Stefan D. schrieb:
> Ich hätte gern, dass ich
> bspw. über den DAC 1A einstelle und der Wert initial um nicht mehr als
> 3% abweicht

Was ich nicht so ganz kapiere:
Warum machst du mit Chopper-verstärkern und Zero Drift rum, wenn du 3% 
Fehler tolerierst? Warum die ganze Chose mit dem 2. OP als 
Differenzverstärker, nur um die Masseleitung auszugleichen.

Dann mach den Massepunkt der Regelung an den Messwiderstand und gut ist. 
Die Stromversorgung der elektronsichen Last sollte sowiso galvanisch von 
der des zu messenden Objekts getrennt sein, so what.

Und dann tut es die ganz normale OP Schaltung für eine 
Konstantstromquelle.

[Stefan D. (mackie05)]

Der Andere schrieb:
> Stefan D. schrieb:
>> Ich hätte gern, dass ich
>> bspw. über den DAC 1A einstelle und der Wert initial um nicht mehr als
>> 3% abweicht
>
> Was ich nicht so ganz kapiere:
> Warum machst du mit Chopper-verstärkern und Zero Drift rum, wenn du 3%
> Fehler tolerierst? Warum die ganze Chose mit dem 2. OP als
> Differenzverstärker, nur um die Masseleitung auszugleichen.
>
> Dann mach den Massepunkt der Regelung an den Messwiderstand und gut ist.
> Die Stromversorgung der elektronsichen Last sollte sowiso galvanisch von
> der des zu messenden Objekts getrennt sein, so what.
>
> Und dann tut es die ganz normale OP Schaltung für eine
> Konstantstromquelle.

Ich hatte bei meinen Tests ohne Differenzverstärker ca. 50mOhm durch die 
Zuleitung, je nach Qualität der Bananenbuchsen des DUT und der Stecker 
kommen nochmal einige mOhm dazu, was die Spannung am Shunt schon 
deutlich verändert - daher der Diff-Amp.

Wie würdest Du das mit der galvanischen Trennung für eine Last lösen? 
Alles was ich bis jetzt an Schaltungen gefunden habe nutzt den selben 
GND.