Strommessung mit Operationsverstärker, brauche ich einen Shunt-Widerstand in Reihe mit der Last am Ausgang?

Hallo, ich baue eine Schaltung, um die Stromaufnahme von einer Last zu messen. Ich habe mich für einen Spannungsfolger mit einem Transistor und einem Shunt dazwischen entschieden. Der Transistor wird benötigt, damit höhere Ströme durch die Last fließen können. Hier ist mein Schema:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Operationsverstärker ist mit negativer Rückkopplung konfiguriert. Solange also die Eingangsspannung plus die Shunt-Spannung plus die Transistor-Vce niedriger als die Kollektorspannung ist, befindet sich der Transistor im Sättigungsmodus (ich bin mir eigentlich nicht sicher).

Wenn sich der BJT im Sättigungsmodus befindet, wäre die Spannung über der Last genau die gleiche wie die Eingangsspannung, auch der Strom über den Shunt ist der gleiche wie der Strom über der Last, was es ermöglicht, den Strom mit einem Differenzverstärker über dem zu erfassen shunt.

Was ich nicht wirklich sicher bin, ist, ob ich einen Widerstand zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und der Basis des BJT platzieren muss. Ich denke, dass der Operationsverstärker von selbst kompensieren würde, aber idk.

Die eigentliche Frage ist also, ob ein Widerstand zwischen der Basis des BJT und dem Ausgang des Operationsverstärkers benötigt wird.

BEARBEITEN:

Dies ist die zweite Stufe für eine variable Gleichspannungsquelle.

Diese Phase hat drei Zwecke:

-Die erste, um die Spannung über der Last gleich der Eingangsspannung zu halten.

-Die zweite besteht darin, den Laststrom mit einem Differenzverstärker über der Last messen zu können

-Der dritte, um den maximalen Strom zu erhöhen, der der Last zugeführt werden kann. Da die erste Stufe maximal 1,5 Ampere beträgt, möchte ich diese mindestens auf maximal 3 Ampere stellen

Wenn Sie nur den Strom durch den 1k-Lastwiderstand mit dem 100-m-Shunt erfassen möchten, ist nicht klar, welchen Zweck der Operationsverstärker und der Transistor haben. Sind sie bereits Teil einer bestehenden Schaltung?
@brhans Ich denke, die gezeigte Schaltung soll eine variable Spannungsversorgung sein, bei der eine weggelassene Differenzverstärkerschaltung den Strom durch die Last über die Shunt-Spannung messen soll.
Sie müssen nicht, aber der Widerstand sorgt dafür, dass der Operationsverstärker nicht so schnell sein muss, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten (erfordert nur eine kleine Änderung der Ausgangsspannung für eine große Änderung des Ausgangsstroms). Die Dinge werden unruhiger, wenn Ihr Lastwiderstand verringert wird (oder wenn es sich um etwas anderes als einen Widerstand handelt), da dies dazu beiträgt, diese Empfindlichkeit zu verringern.
Dies ist die zweite Stufe für eine variable Gleichstromquelle, die ich maximal 5A machen möchte, damit so etwas wie ein TIP41 verwendet werden kann. Diese Stufe hat zwei Zwecke, erstens, um die Spannung über der Last gleich der Eingangsspannung zu halten, und zweitens, um den Laststrom mit einem Differenzverstärker über der Last messen zu können.
Ich habe auf den Hauptteil der Frage geantwortet, der nicht zum Titel passt. Wenn Sie im Titel "Shunt" sagen, gehen die Leute davon aus, dass es sich um den Strommess-Shunt-Widerstand und nicht um einen Basiswiderstand handelt. Sie können zur Verdeutlichung bearbeiten.
@ChecheRomo Persönlich würde ich gerne viel mehr sehen als nur diese "Konzeptzeichnung eines Stücks davon". Sie möchten auf 5 A kommen. (Mindestens 3 A.) Sie haben etwas, das angeblich bereits 1,5 A leistet (1. Stufe, die ich nicht sehen kann.) Und Sie möchten den Laststrom mit einem High-Side-Widerstand und einigen überwachen ... Ich bin mir nicht sicher, was ... Schaltung. Ich bin nur ein Bastler. Vielleicht ist meine Vorstellungskraft zu begrenzt oder ich verstehe nicht so gut, wie ich sollte, was Sie andeuten. Aber ich glaube, ich brauche viel mehr von Ihnen als das, was ich oben sehe, bevor ich Ihnen irgendwie helfen kann.
@jonk Nun, ich habe versucht, den Abschnitt, den ich gerade entwerfe, von der gesamten Schaltung zu isolieren, ich habe ihn so isoliert, dass nichts, was nicht auf dem Schaltplan steht, keine direkte Beziehung zu dem hat, wonach ich fragen möchte, die erste Stufe ist LM317 Einstellbarer Spannungsregler, Sie können es googeln. Ich beabsichtige, den Strom durch den 0,1-Ohm-Widerstand zu erfassen, indem ich die Spannung darüber mit einem Differenzverstärker messe, aber keinen Bezug darauf hat, ob für den BJT oder ein Basiswiderstand benötigt wird nicht, ich dachte nur, das Problem zu isolieren wäre besser.
@ChecheRomo Stellt der LM317 also den (+) Eingang für Ihren hier gezeigten Operationsverstärker der zweiten Stufe bereit? (Kommt mir seltsam vor, wenn ja.) Wenn nicht, wo genau ist der LM317-Ausgang?
@jonk siehe: ti.com/lit/ds/slvs044x/slvs044x.pdf ; genau auf Seite 10, Bild 9.
@ChecheRomo Das sagt mir nicht, wie du Dinge anwendest. Warum ziehen Sie also nicht Abb. 23 in Betracht? Sie möchten eine aktuellere Compliance. Warum nicht einen Weg finden, einen aktuellen Sinn dafür zu bekommen? Mir fehlt immer noch etwas, und ich glaube, ein Grund dafür ist, dass Sie nicht genug schreiben.
Der in Abb. 23 fehlende Teil ist die Strommessung, dies ist die Stufe, die die Strommessung ermöglicht. Die Art der Strommessung besteht darin, den Spannungsabfall über dem 0,1-Ohm-Widerstand mit einem Differenzverstärker zu messen, wie in einigen Kommentaren oben erwähnt. Dieser Spannungsabfall am Kondensator wirkt sich nicht auf die Spannung an der Last aus, die mit Vin identisch sein sollte. Der ganze Grund für diese Schaltung besteht darin, die Last auf der gleichen Spannung wie Vin zu halten, während der von ihr gezogene Strom gemessen wird.
@ChecheRomo Ja, Abb. 23 hat keine Strommessung. Deine Abb. 9 auch nicht. Ich bin mir immer noch nicht sicher, wie du das alles verbindest. Wenn Sie mich im Dunkeln lassen wollen oder lieber entscheiden, dass ich zu dumm bin, um darüber zu reden, ist das in Ordnung für mich. Ich sehe immer noch nicht das Gesamtbild. Was ist falsch daran, Ihren Widerstand an der entsprechenden Stelle zu Abb. 23 hinzuzufügen oder ihm auf andere Weise eine (einfache) Erdungsrückführung hinzuzufügen? Ich werde es verlassen. Mein Wissen und Verständnis passt offensichtlich nicht gut zu Ihren Kommunikationsfähigkeiten und Ihrem Projekt. Das ist kein Spiegelbild für dich. Ich nehme den Schlag.
Vout aus Abb. 9 geht an den positiven Eingang des Operationsverstärkers dieser Schaltung, es tut mir leid, ich dachte, das wäre offensichtlich. Aber ich war faul genug, es nirgendwo zu platzieren, es tut mir leid, da der Ausgang der ersten Stufe nur eine Gleichspannung in Bezug auf Masse ist, das ist das einzige, was die zweite Stufe dieses Geräts sehen wird. Ich bin nicht begabt oder so, noch habe ich darauf hingewiesen, dass Sie es nicht waren.

Antworten (2)

Meiner Erfahrung nach würde ein Basiswiderstand einen gewissen Schutz für den Operationsverstärker bieten. Bei einem Kurzschluss des Ausgangs nach Masse (ich meine den Gesamtausgang, eine Last von 0Ω) wird die Basis des Transistors auf 0,7V gepinnt. Wenn die Transistorbasis nahe null Volt liegt, wird der Ausgang des Operationsverstärkers effektiv auch gegen Masse kurzgeschlossen. Es kann viel Kraft abgeben.

Mein Ansatz zur Berechnung einer Art Strombegrenzung wäre, herauszufinden, welcher maximale Basisstrom unter Volllast fließen sollte ( ICH B = ICH C β ) und auch, wie viel Spannung am Basiswiderstand Sie "verlieren" können. Wählen Sie einen Widerstand, der diese beiden Kriterien problemlos erfüllt.

Ich vermute, dass 5A für einen Single-Pass-Transistor zu viel sind. Bei 5 A und einem β von 50 sind das 100 mA Basisstrom, den Ihr Operationsverstärker liefern muss. Und diese Menge an Basisstrom wird Ihrem Operationsverstärker sicherlich eine harte Zeit bereiten, insbesondere wenn der Ausgang sehr niedrig eingestellt ist. Vielleicht brauchen Sie ein Darlington-Paar und sogar Parallelpass-Transistoren.

Betrachten Sie so etwas:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Dadurch sinkt der Strom, den Ihr Operationsverstärker liefern muss, um den Faktor 100 oder so, sodass er kein Biest mehr sein muss.

Ich habe die Messwiderstände verwendet, um auch als Vorschaltgerät zu fungieren, um Transistorfehlanpassungen zu überwinden. Es ist nur eine Idee und erfordert Arbeit, um die genauen Werte herauszufinden. R5 und R6 "mitteln" nur die Spannungen, die über den Erfassungswiderständen abfallen, sodass Sie ein Signal haben, um den Strom durch sie darzustellen.

Außerdem müssen Sie eine Frequenzkompensation hinzufügen, wenn Sie kapazitive Lasten erwarten, da sowohl Ihre ursprüngliche Schaltung als auch diese ohne sie zur Hölle und zurück schwingen.

Was es tun wird, ist im Grunde genommen Strom zu verschwenden, da der Operationsverstärker sein Bestes tun wird, um seinen Ausgang zu modifizieren, um den negativen Anschluss zum positiven zu machen. Sie erhalten also immer noch 10 V an der Last, es gibt immer noch einen Spannungsabfall am 100-mΩ-Widerstand und eine geringe Menge an Energie wird verschwendet.

Du brauchst es also nicht. Eine Sache, die Sie möglicherweise benötigen, ist ein Widerstand zwischen dem Operationsverstärker und dem Transistor, da Sie möglicherweise den Ausgangsstrom des Operationsverstärkers überschreiten. Oder wenn der Ausgang des Operationsverstärkers viel Strom liefern kann, überschreiten Sie möglicherweise Ib am Transistor. Stellen Sie also sicher, dass keine dieser Situationen auftritt. Ein weiteres Problem bei diesen Schaltungen besteht darin, dass sie bei hohen Frequenzen instabil werden können, insbesondere wenn ein Kabel der Last Induktivität hinzufügt. Achten Sie also darauf.

Eine nützliche Sache mit dieser Schaltung und einer variablen Last ist die Verwendung des Shunt-Widerstands zur Strommessung.

Das OP fragt tatsächlich, ob ein Widerstand zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und der BJT-Basis benötigt wird. Jedenfalls im Hauptteil der Frage, was nicht zum Titel passt.
Vielen Dank für Ihre Antwort. Ich weiß, dass es zu einem gewissen Leistungsverlust kommen wird, aber ich denke, es ist ein fairer Kompromiss, den Strom durch die Last bei einer genauen Spannung erfassen zu können. Auch mit einem 0,1-Ohm-Widerstand wäre der Leistungsverlust nicht viel , bei 3 A Gleichstrom würden 0,9 Watt verschwendet werden. Wie kann ich die Berechnungen für den Basiswiderstand angehen? Ich denke, dieser Widerstand würde den maximalen Strom durch den BJT begrenzen, oder?
Normalerweise verwende ich zum Starten ein Gewürzpaket und einen 100-Ω-Widerstand. Es wird wirklich nur dann ein Problem, wenn der Transistor gesättigt ist, da der Operationsverstärker immer mehr Strom hinzufügen möchte. Stellen Sie einfach sicher, dass der Operationsverstärkerausgang kleiner als Ib ist
Um den Strom zu messen, setzen Sie den Sense-Widerstand in den Kollektorkreis, so dass es viel einfacher ist, den Spannungsabfall und damit den Strom zu messen. Dies ermöglicht Ihnen eine breite Spannungsanpassung an der Last, ohne Ihre Abtastung zu ändern.
Strommessung mit Operationsverstärker, brauche ich einen Shunt-Widerstand in Reihe mit der Last am Ausgang?
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