Hallo!
Man findet ja sehr viele Schaltungsvorschläge, die einfach nur einen MOSFET über einen Operationsverstärker ansteuern. Die Rückkopplung erfolgt über einen Widerstand im Strompfad. Sollwert über ein Potentiometer am nichtinvertierenden Eingang.
Ich wollte mir mal die Stabilität von so einer Schaltung anschauen- aber wie geht man da vor?
Danke!
MfG, Heiko.
Am 27.10.2011 10:04, schrieb Heiko Lechner:
Da ist die Frage, welche Stabilität du meinst. Man könnte sich z.B. die Schaltung anschauen bzgl. :
-verschiedene Lasten (R, C, L)
-(schnelle) Lastwechsel
-Frequenzverhalten
-Schwankung der Betriebsspannung
-Temperaturänderung
Gruß
Thorsten
Am 27.10.2011 10:28, schrieb Thorsten Just:
Das ist ja schon eines meiner Probleme. Bei einer allgemeinen Stromsenke kann ja alles passieren.
Das muss man doch eh bei der Stabilität beachten (Lastwechsel)?
Das kann man "erstmal" als konstant betrachten.
"Heiko Lechner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.dfncis.de...
Sie ist nicht stabil. Daher hat jede ernstzunehmende Implementation ein extra R C Glied.
Unterschiedliche Lasten, kapazitiv und induktiv, simulieren oder real dranstöpfsen und die Einhaltung des Stromes betrachten.
Man kann auch erahnen wie nah dran im instabilen Zustand man ist in dem man die Reaktion auf Lastwechsel betrachtet, wie lange es klingelt.
-- Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net homepage: http://www.reocities.com/mwinterhoff/ de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ Lies 'Die hohe Schule der Elektronik' von Horowitz/Hill bevor du fragst. Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Hallo Heiko,
Am 27.10.2011 10:04, schrieb Heiko Lechner:
Prinzipiell ist der erste Schritt, sich über die relevanten Systemeigenschaften klarzuwerden und die Übertragungsfunktionen der Elemente zu betrachten.
Der OP ist in der Regel (sofern es ein universal-kompensierter Standardtyp wie µA741, TL071, LF353 etc. ist) ein Verstärker mit ca.
100dB Leerlaufverstärkung und einem dominierenden Tiefpassverhalten, die Grenzfrequenz liegt beim µA741 bei etwa 6 Hz, so dass sich eine Durchtrittsfrequenz von ca. 1 MHz ergibt. Das Frequenzverhalten wird in der Regel durch Gegenkopplung auf einen sinnvollen Verstärkungsfaktor nach außen hin "gebügelt", für die Schleifenverstärkung ist das Frequenz- und Phasenverhalten der Leerlaufverstärkung jedoch wichtig. So entsteht z. B. bei Hintereinanderschaltung von drei OPs und "über-Alles-Gegenkopplung" ein netter Phasenschieberoszillator.Bei der MOSFET-Stufe ist die Gate-Source-Kapazität sicherlich eine wichtige Größe, die im Zusammenhang mit dem Ausgangswiderstand des OPs als Tiefpass wirkt.
Die Gate-Drain-Kapazität sorgt für eine Mitkopplung zwischen Lastausgang und Gate, so dass hier ein potentielle Quelle für Instabilität zu finden ist.
Je nach Ausbildungshintergrund und Austattung gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Sache anzugehen: Kleinsignalmodell aufstellen, Übertragungsfunktionen ableiten und mathematisch knacken; die Schaltung in einen Simulator hacken und mit allerlei Lastfällen ärgern; Schaltung aufbauen und praktisch testen. Grundsätzlich würde das alles in dieser Reihenfolge empfehlen und gegebenenfalls die Anpassung der ersten Schritte an die Ergebnisse der folgenden prüfen.
Um den Einfluss der oben genannten Größen zu überprüfen lässt sich auch in der Schaltungssimulation mit idealen (!) Bauteilen allerlei interessante Theorie prüfen. Die parasitären Effekte und Bandbreitenlimitierungen müssen dann natürlich von Hand eingebaut werden.
Wenn Du Dich ein wenig über den geplanten Zweck und Umfang Deiner Experimente auslässt, könnte ich vielleicht auch detailliertere Ideen beisteuern.
Viele Grüße, Wolfhard
Am 27.10.2011 11:22, schrieb Wolfhard Reimringer:
Erstmal Danke für alle Antworten bis jetzt.
Noch habe ich keine Idee wofür ich so etwas gebrauchen könnte, ich wunderte mich halt nur warum das immer "einfach so" aufgebaut wird und danach hatte ich mich halt gefragt wie man das wohl angehen müsste.
Am 27.10.2011 12:05, schrieb Heiko Lechner:
Nun, wir verwenden solche Stromquellen/-senken in allen möglichen Schaltungen, vom µA-Bereich bis zu einigen Ampere. Der Hauptvorteil liegt in der Vielseitigkeit, die durch einfache Modifikation zu erreichen ist und die Beliebigkeit der Führungsgrößenerzeugung (Poti, PWM, DAC, DigiPoti, Rückmessung anderer Größen).
Probleme treten dann auf, wenn die externe Beschaltung schwingfähig ist oder durch ihre komplexe Impedanz die Gesamtbeschaltung um die Stromquelle instabil macht.
Wie aber vorher schon ausgeführt wurde, sind je nach Anwendung auch transiente Vorgänge zu beleuchten: Das kann eine spontane Änderung der Führungsgröße sein (bei Digipotis leider oft nicht-stetig) oder eine sprunghafte Laständerung. Hier muss gezielt die Schwingneigung unterdrückt werden und das geht am Einfachsten, wenn man die grundlegenden Überlegungen, die Du dabei bist anzustellen, einmal durchgespielt hat. Weitere praktische Erfahrung schadet natürlich nicht.
Man gibt mit einem Generator einen Sinus mit ansteigender Frequenz drauf und misst die ankommende Amplitude und (das ist fuer Stabilitaet das wichtigste) die Phasenverschiebung zwischen dem draufgegebenen Sinus und dem an einem Shuntwiderstand gemessenen. Wenn Du gute Modelle fuer Opamp und FET hast geht das auch auf einem Simulator wie LTSpice.
Wie Manfred schrieb, man sollte ein C vom Opamp Ausgang zum invertierenden Eingang vorsehen damit man ihn fuer hoehere Frequenzen "abwuergen" kann.
-- Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/
"Wolfhard Reimringer" schrieb im Newsbeitrag news:j8bb94$h2e34$ snipped-for-privacy@hades.rz.uni-saarland.de...
Interessanter wird die Schaltung, wenn man mehrere parallel schaltet:
Sollwert +-------------+-------------+-- Last | | | | +-----------)-+-----------)-+ | | | | | | | +-|+\ | +-|+\ | +-|+\ | | >-+-R-|I | >-+-R-|I | >-+-R-|I MOSFETs +-|-/ Cx | +-|-/ Cx | +-|-/ Cx | | | | | | | | | | +------+-Rx-+ +------+-Rx-+ +------+-Rx-+ | | | Shunt Shunt Shunt | | | GND --+-------------+-------------+--
Man findet so was durchaus öfters, z.B. in HP Netzgeräten.
ABER:
Angenommen alles ist stabil, der Laststrom konstant. Nun regelt ein OpAmp wegen Rauschen etc. etwas runter, der Laststrom sinkt, die Bürdespannung steigt, und steigt damit an den anderen MOSFET die etwas mehr Strom durchlassen, woraufhin deren OpAmps zurückregeln. Kaum hat er allerdings zurückgeregelt, stimmt wieder der Summenstrom, der Spannungsabfall an der Last ist wie früher, die Spannung an den MOSFETs wieder wie früher, und das ganze Nachregeln war kontraproduktiv, es muß wieder zurückgeregelt werden.
Meiner Meinung nach ist diese Parallelschaltung inhärent instabil. Trotzdem ist sie die einzige korrekte Art, MOSFETs kontrolliert parallelschalten zu können.
Mir scheint auch nicht, daß man die Schaltung stabil bekommt, so lange alle Cx/Rx gleich sind, denn egal wie langsam ein MOSFET wegschwankt, die anderen kommen in Unruhe. Meine Lösung wäre, einen OpAmp langsamer als den anderen zu machen, und den wiederum langsamer als den nächsten, also Cx1 < Cx2 < Cx3. So was hab ich aber bisher nirgends als Schaltungsrealisation gefunden.
-- Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net homepage: http://www.reocities.com/mwinterhoff/ de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ Lies 'Die hohe Schule der Elektronik' von Horowitz/Hill bevor du fragst. Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Der OP ist typisch unity gain stabil, der Fet macht aber noch Spannungsverstärkung und die Anordnung wird dann instabil. Wenn man sich die Ugs-Kennlinie des Fet ansieht wird man feststellen daß die Verstärkung deutlich nichtlinear ist: bei kleinem Strom steil, bei viel Strom flach. Man sollte bei Stabilitätstests also auf kleine Ströme achten. Da die typische Anwendung eines TO220 Fet digitaler Schalttransistor ist sind moderne MosFets meist ungünstiger als Oldtimer wie der BUZ71. Zudem sollte man natürlich keinen MosFet nehmen der niederohmiger als nötig ist. Hat nur mehr Kapazität und damit eine andere Problemquelle für Instabilität.
Man sollte also jeweils prüfen obs nicht ein Bipolartransistor bzw Darlington auch tut. Ehedem ( 70er Jahre ) wurde auch diskreter Darlington bei dem der Eingangstransistor ein JFet war vorgeschlagen.
MfG JRD
Hallo,
Am 27.10.2011 18:12, schrieb MaWin:
Mit so großen Strömen habe ich in eigener Elektronik normalerweise nicht zu tun. Trotzdem interessiert mich der Grund, warum mehrere MOSFETs parallel nicht gehen.
Aus den Schaltungstechnikgrundlagen glaubte ich mich zu erinnern, das gerade mit MOSFETs eine Leistungserhöhung durch einfache Parallelschaltung erzielt werden kann, ähnlich wie das bei Gegentakt-Röhrenendstufen gemacht wird.
Also würde ich spontan versuchen, eine OP-Stufe zu nehmen und an deren Ausgang alle MOSFETs anzusteuern. Eine tatsächliche Kontrolle über den Strom kriegt man natürlich nur hin, wenn man an einem gemeinsamen Shunt misst. Zur Stabilisierung der Einzel-FETs wegen Kennlinienstreuung würde ich zwischen den gemeinsamen Shunt und die Sources je einen individuellen Widerstand von vielleicht 10% des Shuntwertes schalten. Über den dortigen Spannungsabfall kann man das Ganze hinsichtlich der Stromabweichung ja mal vermessen.
Gibt's offensichtliche in diesem Konzept?
Grüße, Wolfhard
Moin,
Am 27.10.2011 16:45, schrieb Joerg:
besser ist es allerdings, ausgehend von den Anforderungen an die Regelung (u.a. Bandbreite) die Regelung gleich so auszulegen, dass sie mit der geforderten Bandbreite die geforderte Phasenreserve hat. Das "abwuergen" heißt in der Regelungstechnik "totstabilisieren" - das geht natürlich immer, aber dabei verschenkt man möglicherweise unnötig Performance.
V.
"Wolfhard Reimringer" schrieb im Newsbeitrag news:j8djd5$h3ucv$ snipped-for-privacy@hades.rz.uni-saarland.de...
Weil man sehr grosse Stromverteilungswiderstände bräuchte:
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