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Sel(R)

Radebeul,
05.07.2021,
08:57
(editiert von Sel
am 05.07.2021 um 09:00)
 

sehr präzise KSQ (Elektronik)

Wollte mir als nächstes Projekt eine sehr genaue KSQ basteln. Angelehnt an den Elektronikkurs hier: https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/currop.htm
Als Spannungskonstanter nehme ich einen AD780 (weil der rumliegt in der Bastelkiste). Mit dem habe ich nebenbei auch noch eine extrem gute Referenzspannungsquelle. Ich wollte ausgangsseitig weniger als 1mA bis max. 50mA haben, einstellbar. Die untere Grenze bestimmt der OPV. Ausgangsspannung max. 12 Volt, begrenzbar zwischen 3...12V. Auch die Konstanz vom Strom bestimmt dieser OPV maßgeblich mit. Welchen Typ sollte ich verwenden? Ein normaler Standardtyp dürfte nicht reichen.

Die Problematik des zusätzlichen Basisstroms für den Lasttransistor bei der KSQ ist mir klar. Es geht mir nicht um den Absolutwert des Stroms (kann man ja messen), es geht mir um die Konstanz des Stroms. Also eine möglichst geringe Lastabhängigkeit, die Stabilität gegenüber Temperatur- und Spannungsschwankungen (Batteriestromversorgung) und eine gewisse Stabilität bei dynamischer Belastung bis vielleicht 25kHz.

Ich weiß das ich nicht alle Parameter erreichen kann. Ein Labornetzteil solls auch nicht werden, das ist eine andere Geschichte. Also, welchen OPV schlagt ihr vor?

LG Sel

--
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Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

Hartwig(R)

14.07.2021,
12:59

@ bigdie

sehr präzise KSQ

» » Allerdings müssen bei mir die meisten Messungen mit 3 1/2
» » Stellen zu machen sein...
» »
» » Grüße
» » Hartwig
» Frag mich mitunter, wie das früher ohne Digitalmultimeter ging. Mir fällt
» auf Anhieb nicht ein Projekt ein, bei dem die 2. Stelle hinterm Komma noch
» eine Rolle gespielt hätte.:-P
oder etwas überspitzt gesagt: wenn ich bei einem Eigenbau mit einem 3 1/2 - Digit DMM nicht auskomme, würde ich erst einmal mein Schaltungskonzept überprüfen. Auch interessant, Ich habe hier ein betagtes 4,5 - Digt Fluke 45, letzte Kalibration vor 2 Jahren, nie nennenswerte Drift. Das ist als Referenz einfach nur eine Z-Diode im Glasgehäuse "nur so" eingelötet wie jeder einfache Widerstand ;-) (wohl sowas wie eine 1N829, die kommt auch auf 5 ppm/°C).

bigdie(R)

14.07.2021,
05:30

@ Hartwig

sehr präzise KSQ

» Allerdings müssen bei mir die meisten Messungen mit 3 1/2
» Stellen zu machen sein...
»
» Grüße
» Hartwig
Frag mich mitunter, wie das früher ohne Digitalmultimeter ging. Mir fällt auf Anhieb nicht ein Projekt ein, bei dem die 2. Stelle hinterm Komma noch eine Rolle gespielt hätte.:-P

Hartwig(R)

13.07.2021,
15:44

@ bigdie

sehr präzise KSQ

» Verstehe ich nicht wirklich. Die Temperaturabhängigkeit des Potis spielt
» doch nur dann eine Rolle, wenn sich die Temperatur auch ändert oder wenn
» ich den Strom an der Poti Skale einstelle.

genau...
allerdings beziehe ich mich auf die Anforderung von Sel, Zitat: "eine Temperaturabhängigkeit soll für mich nicht meßbar sein. Also weniger als 0,05% im Bereich 15 bis 35°C."...
0,05% wären 500ppm, so landet man beim Temperaturgang der Gesamtschaltung von 500ppm / (35°C - 15°C) = 25ppm/°C.
Das ist also seine Forderung - das könnte klappen. Nur die Auflösung des 10-Gang-Potis wird zu unschönen Sprüngen führen, wenn man in diesen Bereichen arbeitet.

» Die Temperaturabhängigkeit des Potis spielt doch nur dann eine Rolle, wenn sich die Temperatur auch ändert oder wenn ich den Strom an der » Poti Skale einstelle. Wenn ich ein Messgerät habe und stelle danach 10mA ein und das Gerät steht in der Wohnung spielt das doch keine Rolle. » Da ist doch einzig der Shunt das Übel. Wenn der durch den Stromfluss warm wird und einen schlechten TK hat. Der Rest ist doch
» vernachlässigbar, weil die Temperatur sich kaum ändert, es sei denn man braucht das konstant für Tage und Wochen.

das sehe ich auch so. Zumal man bei so genauen Messungen evtl. auch Temperaturmesswerte mit in das Protokoll übernehmen sollte. Selbst der Meßaufbau kann Temperatureinfluß unterliegen und die Genauigkeit des Meßgerätes zur Nebensache werden lassen. Die Meßgenauigkeit des Messgerätes auf den Messwert zu übertragen, wird mit höherer Genauigkeit immer schwieriger bzw fragwürdiger, irgendwann wirds wmmM ;-)

Wegen der sehr guten Auflösung baue ich oft hochwertige Cermet-Potis ein. Die haben zwar einen etwas schlechteren Tk, dafür eine sehr hohe Auflösung und nerven nicht bei der Feineinstellung. Im Preis liegen sie etwa gleich mit Wendelpotis. Allerdings müssen bei mir die meisten Messungen mit 3 1/2 Stellen zu machen sein...

Grüße
Hartwig

bigdie(R)

13.07.2021,
06:45

@ Hartwig

sehr präzise KSQ

Verstehe ich nicht wirklich. Die Temperaturabhängigkeit des Potis spielt doch nur dann eine Rolle, wenn sich die Temperatur auch ändert oder wenn ich den Strom an der Poti Skale einstelle. Wenn ich ein Messgerät habe und stelle danach 10mA ein und das Gerät steht in der Wohnung spielt das doch keine Rolle. Da ist doch einzig der Shunt das Übel. Wenn der durch den Stromfluss warm wird und einen schlechten TK hat. Der Rest ist doch vernachlässigbar, weil die Temperatur sich kaum ändert, es sei denn man braucht das konstant für Tage und Wochen.
» Hallo Sel,
» » Zumal ich den AD780 dann als Referenzspannung (2,5 und 3 Volt) nutzen
» kann
» » und die Stromquelle nur dranhänge. Beim OPV werde ich bei LT guggen
» (habe
» » bissel was in der Bastelkiste), da findet sich bestimmt was.
» das geht, nur bei einer KSQ kann natürlich eine höhere Ausgangsspannung von
» Vorteil sein, 10V statt 3V erweitern halt den Anwendungsbereich. Klar, ein
» Verstärker geht auch, nur kommt da u.U. wieder Temperaturdrift dazu.
» Andererseits AD780 3ppm/°C, Ref102 2,5ppm/°C (hab jetzt extra nicht "K"
» geschrieben ;-) die sind im Tk also etwa gleich.
» » Und das ich auf den TK der Bauelemente achte versteht sich von selbst.
» Beim
» » Einstellpoti Draht, klar.
»
» Das Thema hatte ich vor einiger Zeit. In der gezeigten Schaltung ist das
» Poti als veränderbarer Widerstand geschaltet, der Tk beeinflusst also
» direkt den Strom. Ein gutes Poti (bei Reichelt eines der günstigen
» Wendelpotis von Vishay) kommt auf einen TK von 20ppm. Sonst findet man oft
» 50ppm. OK, das mag gehen. Dann aber die Auflösung. Da gilt: je höher der
» Poti-Gesamtwiderstand, desto besser (eigentlich logisch beim Drahtpoti).
» Aber besser wie 0,01% ist schwer zu erreichen, dann meist groß und teuer -
» und das entspräche 100ppm. Das merke ich bei meinem Netzteil bereits beim
» Einstellen mit einem 3,5-stelligen Panelmeter. Es gibt auch hybrid-Potis -
» die haben eine hohe Auflösung aber keinen so guten Tk. Man kann halt nnicht
» immer alles haben ;-)
»
» » Feste Werte passen eigentlich auch,
» Bei den Metallschicht-Festwiderständen 0,1% bedrahtet bietet Reichelt 2
» Hersteller an, Yageo und einen anderen, der Name fällt mir gerade nicht ein
» - aber der liegt im Tk untern dem von Yageo - bei 15ppm.
»
» Nun sind die Tk -Angaben ja Grenzwerte, mit Glück liegst Du deutlich
» besser. Und mit dem Schaltungsdesign ist das auch noch zu beeinflussen
» (leider in beide Richtungen ;-) )
»
» Also viel Erfolg mit deinem Vorhaben und natürlich deiner Behandlung!
»
» Grüße
» Hartwig

Hartwig(R)

12.07.2021,
17:00
(editiert von Hartwig
am 12.07.2021 um 17:04)


@ Sel

sehr präzise KSQ

Hallo Sel,
» Zumal ich den AD780 dann als Referenzspannung (2,5 und 3 Volt) nutzen kann
» und die Stromquelle nur dranhänge. Beim OPV werde ich bei LT guggen (habe
» bissel was in der Bastelkiste), da findet sich bestimmt was.
das geht, nur bei einer KSQ kann natürlich eine höhere Ausgangsspannung von Vorteil sein, 10V statt 3V erweitern halt den Anwendungsbereich. Klar, ein Verstärker geht auch, nur kommt da u.U. wieder Temperaturdrift dazu. Andererseits AD780 3ppm/°C, Ref102 2,5ppm/°C (hab jetzt extra nicht "K" geschrieben ;-) die sind im Tk also etwa gleich.
» Und das ich auf den TK der Bauelemente achte versteht sich von selbst. Beim
» Einstellpoti Draht, klar.

Das Thema hatte ich vor einiger Zeit. In der gezeigten Schaltung ist das Poti als veränderbarer Widerstand geschaltet, der Tk beeinflusst also direkt den Strom. Ein gutes Poti (bei Reichelt eines der günstigen Wendelpotis von Vishay) kommt auf einen TK von 20ppm. Sonst findet man oft 50ppm. OK, das mag gehen. Dann aber die Auflösung. Da gilt: je höher der Poti-Gesamtwiderstand, desto besser (eigentlich logisch beim Drahtpoti). Aber besser wie 0,01% ist schwer zu erreichen, dann meist groß und teuer - und das entspräche 100ppm. Das merke ich bei meinem Netzteil bereits beim Einstellen mit einem 3,5-stelligen Panelmeter. Es gibt auch hybrid-Potis - die haben eine hohe Auflösung aber keinen so guten Tk. Man kann halt nnicht immer alles haben ;-)

» Feste Werte passen eigentlich auch,
Bei den Metallschicht-Festwiderständen 0,1% bedrahtet bietet Reichelt 2 Hersteller an, Yageo und einen anderen, der Name fällt mir gerade nicht ein - aber der liegt im Tk untern dem von Yageo - bei 15ppm.

Nun sind die Tk -Angaben ja Grenzwerte, mit Glück liegst Du deutlich besser. Und mit dem Schaltungsdesign ist das auch noch zu beeinflussen (leider in beide Richtungen ;-) )

Also viel Erfolg mit deinem Vorhaben und natürlich deiner Behandlung!

Grüße
Hartwig

Sel(R)

Radebeul,
10.07.2021,
17:29
(editiert von Sel
am 10.07.2021 um 18:17)


@ r2d3

sehr präzise KSQ

Eh, das hilft mal so richtig weiter! :-)
Zumal ich den AD780 dann als Referenzspannung (2,5 und 3 Volt) nutzen kann und die Stromquelle nur dranhänge. Beim OPV werde ich bei LT guggen (habe bissel was in der Bastelkiste), da findet sich bestimmt was.
Und das ich auf den TK der Bauelemente achte versteht sich von selbst. Beim Einstellpoti Draht, klar. Feste Werte passen eigentlich auch, da mache ich mir schon Gedanken wegen dem Schalter (Kontaktwiderstände). Doch bei den kleinen Stromwerten und vergoldeten Kontakten dürfte das kein Problem sein. Ist so vielleicht sogar die stabilere Variante (Wiederholgenauigkeit). Ich könnte auch Signalrelais nehmen (hab ich rumliegen, Mosfets sind hier sicher auch denkbar, aber der TK?), dann kann ich die Ströme noch besser steuern. Mal sehen, ist ja noch reine Theorie, das Projekt. Aber es nimmt Formen an :-)

LG Sel

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Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

r2d3(R)

10.07.2021,
13:11
(editiert von r2d3
am 10.07.2021 um 13:12)


@ Sel

sehr präzise KSQ

> Das mal zu meinen Gedanken und Wunschträumen. Ich möchte gerne eine Stabilität von max. 0,1% Änderung des Konstantstroms bei Lastschwankungen. Die
> Betriebsspannung kann ich ja vorstabilisieren, eine Temperaturabhängigkeit soll für mich nicht meßbar sein. Also weniger als 0,05% im Bereich 15 bis 35°C. Bei der
> Stromquelle reicht mir (in Gegensatz zu meinem Eingangspost) ein max. Strom von 10mA, der min. einstellbare Strom sollte um die 10...30uA liegen.

Die Stabilität Deiner Stromquelle hängt von der Stabilität der Spannungsquelle, des Operationsverstärkers und von der Stabilität des Shunts ab.
Der billigste OP07CP sollte für Deine Zwecke reichen. Der Offset des Operationsverstärkers, sofern stabil, spielt keine Rolle, bzw. kann durch die Shunt-Dimensionierung oder die Spannungsquelle kompensiert werden.

Per Poti einstellbare Stromquellen leiden unter dem hohen Temperaturkoeffizienten des Potis, also TK "through the wiper".

Hier findest Du einen alternativen Bauvorschlag, der bei unipolarer Speisung im Zweifelsfall noch ein bis zwei Dioden am Ausgang des Operationsverstärker benötigt, weil die Ausgangsspannung nicht weit genug heruntergeht:

https://www.ti.com/lit/an/sbva001/sbva001.pdf

Natürlich kannst Du die Schaltung für den AD780 anpassen.

Wenn Du mit einstellbar "kontinuierlich einstellbar" meinst, würde ich mit einem Vielgangpoti experimentieren. Wenn der Strom dann nicht die gewünschte Stabiliät zeigt, versuche es mit
https://www.reichelt.de/praezisionspotentiometer-10-gaenge-1-0-kohm-6-3-mm-534-1-0k-p2540.html?&nbc=1

Sel(R)

Radebeul,
07.07.2021,
10:30

@ Lupus

sehr präzise KSQ

» Der AD780 ist nicht gerade günstig.

Genauigkeit kostet eben Geld. Außerdem habe ich den Schaltkreis da.

LG Sel

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Lupus(R)

E-Mail

06.07.2021,
21:57

@ Sel

sehr präzise KSQ

» » Für welche Art Basteleien, Konstruktionen,.. benötigst Du diese
» » Genauigkeit?
»
» Ich baue öfter mal Netzteile, kleine und mittlere Größen. Und beim
» Erstellen der Schaltung mache ich lieber am Objekt rum, als diese
» theoretischen Simulationen zu benutzen. Für einfache Netzteile brauchts
» keine hohe Genauigkeiten, wirds spezieller muß die Referenz besser sein.
» Das fertige Gerät kann "normal" dimensioniert sein, aber eben nicht in der
» Entwicklungsphase.
»
» In letzter Zeit baue/repariere/restauriere ich Meßgeräte. Und logisch - da
» sollte eine Referenz mindestens eine Zehnerpotenz besser sein als das
» Meßgerät.
»
» Und zuletzt bin ich eben zu faul immer eine Referenz schnell zusammen zu
» löten, wenn ich eine brauche.
»
» LG Sel

Danke für die Information.

Habe da exakte Referenz, die sind genau und für Abgleich, .... vollkommen ausreichend.

Der AD780 ist nicht gerade günstig.

Sel(R)

Radebeul,
06.07.2021,
21:14

@ Lupus

sehr präzise KSQ

» Für welche Art Basteleien, Konstruktionen,.. benötigst Du diese
» Genauigkeit?

Ich baue öfter mal Netzteile, kleine und mittlere Größen. Und beim Erstellen der Schaltung mache ich lieber am Objekt rum, als diese theoretischen Simulationen zu benutzen. Für einfache Netzteile brauchts keine hohe Genauigkeiten, wirds spezieller muß die Referenz besser sein. Das fertige Gerät kann "normal" dimensioniert sein, aber eben nicht in der Entwicklungsphase.

In letzter Zeit baue/repariere/restauriere ich Meßgeräte. Und logisch - da sollte eine Referenz mindestens eine Zehnerpotenz besser sein als das Meßgerät.

Und zuletzt bin ich eben zu faul immer eine Referenz schnell zusammen zu löten, wenn ich eine brauche.

LG Sel

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Altgeselle(R)

E-Mail

06.07.2021,
15:45

@ Lupus

sehr präzise KSQ

» » Bei der Stromquelle reicht mir (in Gegensatz
» » zu meinem Eingangspost) ein max. Strom von 10mA, der min. einstellbare
» » Strom sollte um die 10...30uA liegen.
» »
»
»
» Mal blöd gefragt:
» Für welche Art Basteleien, Konstruktionen,.. benötigst Du diese
» Genauigkeit?

Hallo,
die Forderung nach geringer Drift bei gleichzeitger hoher Impedanz bis
25 KHz ist hier das Problem.
Ich habe da mal was simuliert:



R3 ist der Lastwiderstand. V3 ist eine Störquelle zum Ermitteln der Ausgangsimpedanz.
C1 soll die Kapazität des Anschlusskabels darstellen.

Lupus(R)

E-Mail

06.07.2021,
13:56

@ Sel

sehr präzise KSQ

» Bei der Stromquelle reicht mir (in Gegensatz
» zu meinem Eingangspost) ein max. Strom von 10mA, der min. einstellbare
» Strom sollte um die 10...30uA liegen.
»


Mal blöd gefragt:
Für welche Art Basteleien, Konstruktionen,.. benötigst Du diese Genauigkeit?

Sel(R)

Radebeul,
06.07.2021,
13:40

@ Hartwig

sehr präzise KSQ

Probiert habe ich die Schaltungen aus dem Minikurs bereits.

Die dort verwendete Spannungsreferenz ist zu ungenau (ja, ich übertreibe wieder, stimmt). Es stimmt zwar in ausreichendem Maß die Temperaturstabilität solange ich die Schaltung am Basteltisch betreibe. Aber langzeitstabil bleibt die Referenzspannung nicht. Auch eine merkliche Abhängigkeit von Betriebsspannungsschwankungen kann ich messen. Daher werde ich den AD780 einsetzen. Diese Referenz ist so extrem genau, da kann ich in jeder Hinsicht keine Schwankungen mehr messen (Laststrom max. 10mA). Und diese Genauigkeit wollte ich, so gut das mit meinen bescheidenen Mitteln geht, auf die Konstantstromquelle übertragen.

Jede der hier vorgeschlagenen Lösungen ist zum Teil um Größenordnungen schlechter:
- mit LM317 ist völlig instabil im Vergleich
- Schaltung vom Minikurs hat Schwankungen von mehr als 0,5%
- Mosfet-Treiber habe ich nicht getestet (mangels Mosfet)

Das mal zu meinen Gedanken und Wunschträumen. Ich möchte gerne eine Stabilität von max. 0,1% Änderung des Konstantstroms bei Lastschwankungen. Die Betriebsspannung kann ich ja vorstabilisieren, eine Temperaturabhängigkeit soll für mich nicht meßbar sein. Also weniger als 0,05% im Bereich 15 bis 35°C. Bei der Stromquelle reicht mir (in Gegensatz zu meinem Eingangspost) ein max. Strom von 10mA, der min. einstellbare Strom sollte um die 10...30uA liegen.

LG Sel

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bigdie(R)

05.07.2021,
14:14

@ Sel

sehr präzise KSQ

Nehm einfach einen A2030 als OP auch als B165 bekannt in der DDR Im Westen TDA.
Deine 50mA schafft der locker auch ohne nachgeschalteten Transistor

Hartwig(R)

05.07.2021,
12:13

@ Mikee

sehr präzise KSQ

» Hallo!
»
» Die Schaltung aus Bild 5 habe ich gebaut, nur mit mit Minus Ub, statt Plus
» Ub.
» (bei mir Referenzspannung/-strom bezogen auf Masse)
» Mit einem LM741, einem Wald- und Wiesen-FET und Strom im Bereich von 10mA
» bis 1A
» ist die Konstanz besser oder gleich 0,1% (Abweichungen für mich nicht
» messbar).
» Reicht das?
»
Hallo,
so würde ich das auch angehen. Erstmal eine einfache Lösung, wenn das nicht reichen sollte, aufgrund der gemachten Erfahrung dann erweitern oder umbauen, schlimmstenfalls ein anderes Konzept wählen (dann weiß man ja, warum).
Und die Schaltung ist wirklich mit Teilen aus fast jeder Bastelkiste aufzubauen. Und dann kann man ja probieren, was ein besserer OP bringt oder ob z. B. die Stabilität der Referenzspannung reicht.
Grüße
Hartwig