Strom Verstärker schaltung

[Mech2007]

Hi kann mir jemand eine Schaltung sagen, bei der ich die im Anhang gezeigte Funktion erfüllen kann ?

Ue von Analogausgang Messkarte max. = 5V prop. ansteigen und abfallend in t=3s

Ic max = 20 mA

D1 = Freilaufdiode
P1 = Poti zur Kalibrierung

Informationen im Netz reden immer von maximaler Aussteuerbarkeit, braucheich doch nicht ... oder ? Will doch nur in eine Richtung verstärken.

Schreibe an meiner Diplomarbeit und habe für das Problem nur noch 2 Wochen Zeit .... Verzweiflung ist nahe .... Emitterfolger hat nicht zu dem gewünschten Ergebniss geführt. Oder wurde evtl. von mir falsch ausgelegt.

Danke für Eure Hilfe

Gruß Sven

[Manf]

Was ist denn jetzt die im Anhang gezeigte Funktion?
Es ist eine Funktion für die Eingangsspannug gegeben.
5V an der BE Strecke des Transistors wird nicht gut gehen.
Soll der Strom Ic proportional zur Spannung Ue sein?,
dann schreibe es so hin.
Manfred


Ist das die hier angekündigte Schaltung?
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=250646#250646

[Mech2007]

Nicht wirklich ... es gab noch vier Zwischenstufen sogar mit OP, allerdings ohne wirklichen Erfolg.

Da es sich bei der Diplomarbeit um die Konzeptionierung und Realisierung eines rechnergestützen Prüfstandes handelt, musste ich meine Aufgaben zeitlich teilen, da ohne fumktionierende Mechanik auch die beste Elektronik nicht hilft. Ausserdem muss ich auch noch aufpassen, was preisgegeben werden darf und was nicht .... also habe ich mich im Irrgarten der Zeit und Aufgaben verloren. Sorry, sonst hätte ich mich früher gemeldet ! Und geschrieben werden musste ja auch noch .....

Gruß Sven

[Mech2007]

Also jetzt noch einmal so gut wie möglich beschrieben: Die von mir erdachte Schaltung sieht wie in Anhang 2 aus. Der Strom Ic durch die Testspule soll dem Eingangssignal Ue folgen. Die Schaltung habe ich wie im Anhang beschrieben, ausgelegt .... ist das ok ?

Das Verhältnis Ein- zu Ausgang habe ich auch noch mal dargestellt. Beides soll zeitgleich sein, deshalb brauche ich auch eine analoge Lösung.

[Manf]

Das Problem bei der Schaltung ist die Schwellspannung des Transistors und die nicht konstante Stromverstärkung des Transistors.
Dadurch kommen Abweichungen von der Funktion die durch eine Operationsverstärkerschaltung deutlich verringert werden können.

Eine Möglichkeit wäre die geringe Spannungsreserve an Rp1 zu einer Strommessung zu nutzen. Den Widerstand sollte man als Shunt gegen GND schalten und die Spannung an ihm mit deinem Operationsverstärker mit der geteilten Eingangsspannung vergleichen.
Daraus gewinnt man dann die Regelspannung zur Ansteuerung des Transistors.
Manfred

[Mech2007]

Hi Manfred,

Danke für Deine Antwort. wenn ich Dich richtig verstanden habe, müsste die Schaltung wie im Anhang dagestellt aussehen. Das einzigste was ich nicht weiß ist wie ich die Widerstande des Eingangsspannungsteiler auslegen soll. :-s Als OP möchte ich einen NE 5532F verwenden, geht das überhaupt ?

Gruß Sven

[shaun]

Nein, Du sollst mit dem OPV einen Regler aufbauen, d.h. der invertierende Eingang kommt an Deinen Shuntwiderstand (vom Emitter zur Masse). So ist der OPV als Komparator geschaltet und vergleicht den Eingang mit Masse.
Sag mal - für was für einen Studiengang ist diese Diplomarbeit?

[Mech2007]

Hi habe mal Messungen mit meiner ersten Schaltung gemacht, sieht eigentlich ganz gut aus. Bei Ic1 wurde von 0V - 5V gemessen, bei Ic2 von 5V - 0V. Da sich aber im oberen Bereich, die Kurve neigt, habe ich die Versorgungsspannung Ub auf 20V erhöht und mit Ic3 noch einmal gemessen.

Das Ergebnis dürfte mir schon reichen .... allerdings werde ich Morgen noch Euren Vorschlag ausprobieren. Ab den Ue = Ube = 0,6V, hat sich eine Steigung von ca. m=0,5 mA / 0,1 V eingestellt.

<<< shaun >>>>

Allg. Feinwerktechnik / Mechatronik .... einer der letzten Dipl. Ing. in dieser Richtung


Gruß Sven

[shaun]

Ok, in dem Studienfach gibt es sehr, sehr viel, womit ich mich sehr, sehr schwer tun werde, dass solche Grundlagen mich bei einem ET-Diplomanden zum Kopfschütteln veranlasst hätten ist hoffentlich klar...
Mit der von uns empfohlenen Schaltung hättest Du eine saubere, reproduzierbare Lösung, die als Stand der Technik zu bezeichnen wäre und erklärbar ist, schön linear und ohne Offset.

[Mech2007]

<< shaun >>

Wir bekommen in diesem Studiengang SEHR viel Basiswissen rübergebracht, Optik, Elektrotechnik, Steuerungstechnik, Informatik, Fertigungstechnik, Technische Mechanik, Industrielle Messtechnik, Elektrische Messtechnik und das übliche halt noch Mathe usw.
Es kommt ja auch immer noch darauf an wo man studiert FH / TH.

Also ich habe mir meinen Studiengang als "Produktentwickler" und "Handwerker der Industrie" übersetzt.

<< Schaltung >>

Wenn ich Dich richtig verstanden habe führe ich an den invertierenden Eingang den Mittelabgriff, an dem nicht invertierenden Eingang mein Ue und der Ausgang von meinem OPV steuert den Transistor.

Gruß und Danke Sven

[shaun]

Nö, nix Mittelabgriff. Wenn da unbedingt ein Poti hin muss, dann als einstellbarer Widerstand beschaltet, nicht als Spannungsteiler. Würde auch funktionieren, hat aber den Nachteil, dass dort, wo der Strom am größten wird (Schleifer nahe Masse) auch noch der längste Teil Schleifbahn zum Emitter übrig bleibt, sprich: Du hast dort einen erheblichen Spannungsabfall und damit Verluste, uU zu viel fürs Poti, oder aber Du erreichst den Sollstrom nicht mehr. Wozu sitzt da überhaupt ein Poti? Wenn aus Uein=0..5V Iaus=0..20mA werden sollen, kannst Du einen Festwiderstand von 250 Ohm einsetzen, durch die Regelung ist das Ganze hochlinear und genau.

[Mech2007]

Habe nun die Schaltung wie folgt aufgebaut. Ich könnte auch den nicht invertierenden Verstärker aufbauen, da ich ja das Eingangssignal drehen kann. Komme aber mit beiden Lösungen nicht zu einem Vernünftigen Ergebnis. Die Betriebssp. für den OP ist ebenfalls 0V und 15V. Da ich ja den negativen Arbeitsbereich des OP´s nicht brauche .... hat das alles so seine Richtigkeit ?

Falls ich die Schaltung missverstanden haben sollte , bitte noch einmal für mich zum mitschreiben. " Transistor-E geht auf Poti-1, Poti-2 geht auf Masse, Poti-Mitte auf OP-, OP-Aus geht auf Transsitor-B .....".

Das wäre nett , Danke Sven

[Manf]

Eine Möglichkeit wäre die geringe Spannungsreserve an Rp1 zu einer Strommessung zu nutzen. Den Widerstand sollte man als Shunt gegen GND schalten und die Spannung an ihm mit deinem Operationsverstärker mit der geteilten Eingangsspannung vergleichen.
Manfred
Den Shunt (Strommesswiderstand) zwischen Emitter und Masse schalten.
Die Eingangsspanung wird mit Spannungsabfall am Shunt verglichen. Sie ist größer, deshalb wird sie geteilt.
Der Ausgang des OPs steuert den Transistor an (am besten über einen Widerstand mit ein bis fünf Volt Spannungsabfall).
Ein Fet ist in der Schaltung sicher besser aber wenn der Biploar-Transistor schon da ist geht er erst mal auch.

(Der OP soll die Eingangsspannung bis herunter zu 0V vergleichen also ist ein Typ einzusetzen der die untere Rail erreicht oder er ist ausreichend auch mit negativer Spannung zu versorgen.)
Manfred

[Mech2007]

Danke Manfred,

ich glaube nun habe ich es kappiert. Mache mich gleich mal dran...

Herzlichen Dank

[Robotronix]

Manfreds Hinweis bzgl. Rail-to-rail-OV ist wichtig.
Aber auch das der Shunt einen nicht unerheblichen Teil deiner 15V benötigt, also gleich 18V einplanen :-)

robotronix

[shaun]

Rail to Rail brauchst Du nicht, die Eingänge müssen an 0V heran reichen (LM358, LM324 erfüllen das), den Ausgang kann man notfalls über einen Spannungsteiler oder über eine Z-Diode mit dem Transistor verbinden, wenn er nicht unter Ube kommt (was vermutlich nicht der Fall sein wird). Ich habe im Zusammenhang mit dem LM358 recht häufig eine 2,7V-Z-Diode in Reihe zur Basis und gegen Leckstrom durch die Diode nochmal 10k von der Basis nach Masse geschaltet.

[Mech2007]

Hallo, leider ich noch einmal ....

Habe die Schaltung wie von Robotronix empfohlen aufgebaut.
Der 50Ohm Shunt wurde mit einem Poti genau eingestellt. Das System bei 18V Versorgungsspannung so kalibriert, das 20 mA fließen. Zwischen den OPV Ausgang und Transistor kam ich dann auf 3,2V Spannungsabfall( auch über Poti eingestellt ). Die Spannungen Ups Und URs habe ich dann auch bis auf 0,01V genau abgestimmt.
Jedoch wurde von mir ein NE 5532F verwendet. Der kann laut Datenblatt nicht soweit runter ... werde Morgen bei Conrad einen der von Euch empfohlenen Typen besorgen.
Habe die aktuelle Messung wieder beigefügt, da der Ausgangsstrom bis ca. 2,7V stabil bleibt und dann erst steigt.
Jede Messung besteht aus 50 Messungen für Ue in 0,1V Schritten.

Danke Euch für die Mühe

Gruß Sven

[Manf]

Schön dass wir die Ergebnisse bekommen.
Der NE5532F ist kein R2R oder low Rail Typ.
Geanu genommen wird hier wie gesagt für den Eingang der Low Rail benötigt.
In der Liste kommt also als billigster Typ der TLC272 in betracht (rail in low: -0,3), es wurden ja auch ander Typen vorgeschlagen, oder eine neagtive Versorgungsspannung.
Manfred

https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker#Liste_g.C3.A4ngiger_Type n_von_Operationsverst.C3.A4rkern

[Mech2007]

Hi Manfred,

Danke für Deine Mühe. Natürlich bekommt Ihr die Ergebnisse. Vielleicht kann mann ja später, dass ganze zusammenfassen und so anderen das hier von Euch erarbeitet Wissen zugänglich machen. Ich denke ich werde ja nicht der Einzigste sein, der in diese Richtung was basteln will.

Danke für den Link. Werde heute bei Conrad vorbeischauen.

Gruß Sven

[Mech2007]

Vielen Dank, erst einmal !!!

Habe den OPV TLC272CP bekommen, eingebaut und noch ein wenig nachjustieren müssen, da die Steigung bei der ersten Messung mit diesem OPV bei 1,2mA / 0,1V lag. Habe es jetzt auf ca. 0,55 mA / 0,1V gebracht. Optimal wäre 0,4mA / 0,1V um eine maximale Auflösung zu erhalten. Aber das wird erst später gemacht. jetzt erst mal die Schaltung vom Testboard in Zinn und Kupfer brennen (löten O:) ) und dann noch einmal mit viel Gedult justieren. Aber Ich danke EUCH noch einmal herzlich und hänge wie versprochen, die letzten Messergebnisse an. Wenn man an die Messkurven in Paint eine Gerade anlegt sieht man die teilweise erheblichen Unterschiede.

Gruß Sven

P.S. Bezeichnung Messkurve Ic1 und Ic2 Ub=15V, Ic3 Ub=20V, OPV Ub=18V, OPVRTR (Rail to Rail) Ub=16V)

[Manf]

Reicht die Genauigkeit so in etwa oder soll es noch deutlich besser werden?
Es gibt noch die Lösung mit Fet anstelle des Transistors. Das kann man aber auch später noch einsetzen.
Manfred

[Mech2007]

Werde es erst einmal so probieren, denn das Testspulengehäuse (aus ALU) scheint doch einen erheblichen grösseren Einfluss auf die Messwerte zu haben, als von mir gedacht. Aber um den Treath dann auch mal abzuschließen, FET bedeutet doch einfach ersetzten des Transistor durch einen FET. Sprich Gate mit Basis und Source mit Kollektor und zu guter Letzt Drain mit Emitter. Richtig ?

Gruß Sven

[Manf]

Richtig wenn man ihn da hat kann man ihn gleich einsetzen.
Es entfällt dann der Fehler mit dem Basisstrom.
Manfred

[shaun]

Kleine Korrektur: Kollektor wird Drain, Emitter wird Source, Typ: N-Kanal. Die Kurven sehen mir nicht so aus, als wäre da nur der Basisstrom ein Problem, und die Spule dürfte eigentlich gar keinen Einfluss haben. Schwingt das Ding etwa...?

[Manf]

Stimmt mit den Anschlüssen.
Die Kurve mit "RTR" hat eine kleine Delle bei Eintritt der Sättigung und verläuft dann flach, so schlimm sieht sie doch gar nicht aus.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/download.php?id=10140

[Mech2007]

<< shaun >>

Danke für die Info.
Die Spule schwingt meines Erachtens nicht. Habe mal ein Abbildung des Testspulenadapters angefügt. Der Prüfling (gelb) wird in das von der Testspule (grün) erzeugte Magnetfeld eingefügt und seine Schaltfreudigkeit gemessen.
Der Prüfling schaltet bei einem gewissen Wert. Dieser setzt sich aus Anzahl der Windungen und den durch die Spule fließende Strom zusammen. Habe kalibrierte Prüflinge vomn Hersteller erhalten, dennoch weichen meine so gewonnen Werte (direkte Strommessung im Kollektorzweig) von dem des Herstellers um ca. 5 - 12% ab. Der Unterschied zwischen seinen und meinen Prüfmethoden ist, dass seine Spulen vom Medium Luft umgeben sind... bei mir in einen Adapter (aluminium (blau)) eingebettet sind. Von daher komme ich zu dem Schluss, dass ich mir die Ausdehnung des magnetischen Feldes in meinem Adapter noch einmal genauer ansehen solte.

Gruß Sven

[Yossarian]

Hallo
Um gleiche Meßergebnisse zu erzielen, müssen auch die Meßbedingungen die Gleichen sein.
Von daher ist eine Abweichung von 5% als sehr guter Wert zu betrachten.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Mech2007]

Danke für die Info Yossarian.

[Manf]

Es ist ja soweit alles in Ordnung ein Schwingen der Spule ist nicht sehr wahrscheinlich dafür ist der Spulenwiderstand etwas groß.
Die Kurven sind ja auch ganz gut erklärbar.
Speziell die vierte bei der der OP außerhalb seines Steuerbereichs war sieht eben etwas wild aus.
Die Frage ist jetzt eher, ob die Genauigkeit, speziell die Linearität der aktuellen Schaltung ausreicht oder ob die Versorgungsspannung erhöht wird damit der Transistor nicht in die Sättigung kommt oder ein Fet eingesetzt wird.
Manfred

[Mech2007]

Danke Manfred für diese Aspekte ... werde aus zeitlichen Gründen mit dieser Schaltung leben müssen. Ich weiss, dass eingefleischte Elektroniker jetzt das Herz in der Brust zerreißt .... aber über eine höhere Genauigkeit (falls erforderlich) muss sich ein anderer Student gedanken machen. Ich hänge mal ein Gesamtbild der Arbeit an um den Umfang der Arbeit darzustellen .... und 120 Seiten schriftliche Ausarbeitung müssen auch noch korrektur gelesen werden :-& . Brauche auch noch mal kurz eure Hilfe bei einer H-Brücke. Werde dafür aber einen neues Thema dafür anlegen !

Vielen herzlichen Dank vorab für eure Hilfe ! Wenn alles Ende nächster Woche erledigt ist, würde ich mich gerne irgendwie erkenntlich zeigen (Flasche Rotwein oder so ....).

Gruß Sven