Labornetzteil mit hoher Spannung

[Besserwessi]

Das Problem bei der Schaltung um Q4 ist, dass die Verstärkung für niedrige Frequenzen nicht gut definiert ist. Die hängt von Der Verstärkung des Transistors, der Last durch die Ausgangsstufe usw. ab. Auch ist dadurch der Ausgangswiderstand für niedrigere Frequenzen nicht so klein wie der sein könnte. Was da fehlt ist so etwa wie eine Begrenzung der Verstärkung für die Stufe auf etwa 5-10 fach. Dies hätte auch Im Einfachen Fall wäre das ein Widerstand parallel zu C4, aber dann geht die Spannung nicht mehr bis auf 0 zurück, oder der OP bräuchte eine negative Spannung. Da müsste sich eigentlich noch eine passende Schaltung finden.

Ganz so schlimm wie zuerst gedacht ist es aber auch nicht. Der Kondensator C4 und die Schaltung um Q4 legt das verhalten bei hohen Frequenzen (ab etwa 10 kHz) fest, und bestimmen damit den mindestens nötigen Kondensator am Ausgang. Es fehlt bei der Schaltung wohl auch noch ein kleiner Kondensator (oder eine RC Kombination) parallel zu R5 - den passenden Wert müsste man zusammen mit C4 aus der Simulation bestimmen. Dieser Teil ist leider recht empfindlich auf Details - da würde eine definierte Verstärkung von Q4 wirklich helfen.

Der Teil um den Operationsverstärker und C6 bestimmt das Verhalten bei niedrigen Frequenzen (so bis 200 Hz) und damit wie groß die Kapazität am Ausgang maximal werden darf. Die "Lücke" im Frequenzbereich ist gar nicht so schlimm, sondern legt mehr oder weniger den erlaubten Bereich für C3/C2 fest. Das mit der maximalen Kapazität klingt schlimmer als es ist, denn Elkos mit relativ ESR dürfen auch größer sein, auch wenn es dann zu Überschwingern kommt.

[Manf]

Frage an Besserwessi (damit es aus einer Hand kommt)

Wie ist es mit einer Reduktion der Verstärkung durch einen Emitterwiderstand bei Q4, er müsste nur kleiner als 330 Ohm sein, kleiner eben als der Emitterwiderstand von Q1 um den ganzen Strom von dort aufzunehmen.
Das wird vielleicht noch nicht reichen, mit einem Spannungsteiler an der Basis von Q4 könnte man die Verstärkung der Stufe auch noch etwas verringern.

[Dominik009]

Hallo und danke an Euch beide für die Antworten!

Das klingt nun wirklich alles sehr komplex. Woran liegt es den genau das die Schaltung nach meinen änderungen nicht mehr funktioniert (es fließt fast kein Strom).

Eine negative versorgungspannung für den OP ist kein Problem, sowas habe ich schon mehrfach gemacht und das ist mit dem Printtrafo + Spannungsreglern ja schnell gemacht. Dann hätte der OP +15V und -15V.

Welchen Wert sollte den der Widerstand parallel zu C4 haben?
Wie fidne ich heraus welchen Wert der Kondensator parallel zu R5 hanen soll? Wie wird das simmuliert, kenne mich da noch nicht so gut aus  

Du meinst ich soll die Elkos C1 und C2 vergrößern? Welcher Wert wäre denn hier angebracht? Kann ich einfach 2 große mit 1000u nehmen?


mein aktuelles Problem ist eigentlich das die Schaltung nicht mehr läuft (es fließt kein Strom) wie kann ich das beheben?

Viele liebe Grüße
Dominik

[Besserwessi]

Für das Problem mit der Rückkopplung habe ich ein brauchbare Lösung gefunden, die wie die ursprüngliche Schaltung eine Zenerdiode drin hat. Allerdings kommt der Widerstand R8 vor die Diode, und die Widerstände r7, R8 sollten deutlich (ca. 10 mal) kleiner werden. Damit ist dann auch der Strom für die Diode im Üblichen Bereich. Mit den kleineren Widerständen bleibt der Wert für C4 dann auch im Rahmen (bei mir in der Simulation eher 50 pF trotz etwa 10 mal kleinerer Widerstände). Die Rückkopplung erfolgt dann von der Basis (oder wahlweise Emitter) der MJ15003 zur Kathode der Zenerdiode, da wo auch der neue R8 ran kommt. Für 50 V Ausgangsbereich wäre eine etwa 6-10 fache Verstärkung richtig, also etwa 1 K für R8 und 5 - 9 K für die Rückkopplung.
Damit kommt man dann ohne eine negative Spannung aus, und mit der Rückkopplung ist die Spannung am Ausgang auch schon ohne den OP zum regeln relativ stabil.

Wieso die zuletzt gezeigte nicht funktioniert kann ich auch nicht sagen. Da müsste man wohl ein paar Spannungen / Ströme "nachmesse".

Die Kondensatoren C2/C3 muss man nicht vergrößern, aber man muss damit rechnen, dass ein Benutzer später an das Netzteil mal eine Schaltung mit einem dicken Elko an den Eingang hängt. Deshalb muss die Schaltung auch mit größeren Werten für C2 und C3 noch funktionieren. Um es etwas einfacher zu machen kann man dabei für den Elko wohl etwas ESR voraussetzen, also eine kleinen Serienwiderstand von vielleicht 0,01 Ohm beim Elko.

Zum testen kommt statt des Ausgangs vom OP ein Testsignal vom Generator. Mit einer langsamen Rampe kann man sehen ob der Spannungsbereich stimmt, also kleine und große Spannungen erzeugt werden können. Mit einem Sinus mit DC Offset kann man dann den Frequenzgang testen, also die Verstärkung und Phase als Funktion der Frequenz.

Hier noch das Bild der Schaltung bei mir:
 

[Dominik009]

Hallo,
vielen Dank für den Plan und die Erklärung!

Kurze Frage, in deinem Plan hat R8 500Ohm und du schreibst etwa 1k für R8. Was soll ich hier am besten nehmen? Ich habe den Fehler in der Schaltung gefunden, eine Leitung muss wohl nicht richtig verbunden gewesen sein. Jetzt läuft meine Schaltung wieder.



Ich habe die änderung mit der Zenerdiode und dem Widerstand auch gemacht. Was meinst du genau mit der Rückkopplung? Das verstehe ich noch nicht so ganz. Du hast die Diode ja in deinem Plan mit einem 2N3904 und nicht einem MJ15003 verbunden.

Externes Bild anzeigen   

Sind die von mir eingesetzen Werte soweit richtig?

In deiner Version ist keine Konsanstromquelle, ist das richtig? Weil wenn ich eine nutze müsste ich die Werte ja für 2,5A anpassen.

Viele liebe Grüße
Dominik

[Besserwessi]

In meiner Version habe ich die beiden Diode durch eine Spannungsquelle mit 1 V ersetzt - das macht die Simulation, und Anpassungen einfacher, viel mehr ändert sich da nicht. Bei der Darlingtonschaltung habe ich einen 3. Transistor hinzugefügt, um die Schaltung schneller zu machen. Zumindest der 2N3055 den ich in der Simulation habe ist recht langsam und hat entsprechend bei höheren Frequenzen kaum noch Verstärkung. Der zusätzliche Transistor sorgt für mehr Verstärkung und reduziert damit auch das Problem mit der Leistung von Q4 - es reicht dann weniger Strom (ca. 1 mA)

Beim Simulieren des kompletten Reglers ist mir aufgefallen, das eine deutlich höher Verstärkung gewollt - sonst wären die Ansprüche an den OP einfach zu hoch, zumindest für hohe Ansprüche an den Regler. Da ist das Problem eher Q4 genügend schnell zu bekommen für eine etwa 50-100 fache Verstärkung, auch noch bei 100-500 kHz. Das Problem mit den Offset relativiert sich dadurch deutlich - hilfreich ist die Rückkopplung (wenn auch hochohmiger) aber auf alle Fälle. Ob man für R8 jetzt 500 Ohm oder 1 K nimmt ist nicht so entscheidend, das ist nur ein Faktor 2 in der Verstärkung.

In der Simulation funktioniert es schon ganz gut - ein Problem ist noch etwas die Schaltung so hin zu bekommen, das die Werte von den Kondensatoren nicht zu sehr von den genauen Eigenschaften der Transistoren abhängen. Die Rückkopplung auf Q4 ist schon mal ein erster Schritt. Es ist halt in der Simulation viel einfacher die passenden Werte einzustellen, als später bei der richtigen Schalung.


Mit der fertigen Schaltung wird das heute nichts mehr, aber vielleicht morgen.

[Dominik009]

Hi Besserwessi,
vielen dank für deine Antwort. Ich finde es super, das du sogar an silvester was schreibst und versuchst zu helfen  

Am besten tue ich in meine Schltung dann auch noch einen 3ten Transistor. Du meinst damit ja sicherlich einen weiteren Transisor vor die beiden MJ15003, die ja in reihe geschaltet werden. Welchen Typ soll ich da am besten nehmen, einen 2ten BD139?

Wenn für Q4 durch den 3ten Transistor weniger Strom benötigt wird muss ich ja in der Schaltung auch die Konstantstromquelle anpassen, richtig?

Ich sehe es richtig das deine Schaltung ohne Q3 (bezeichnung aus meinem Plan) auskommt und so auch keine Strombegrenzung besitzt?

Die Rückkopplung erfolgt dann von der Basis (oder wahlweise Emitter) der MJ15003 zur Kathode der Zenerdiode, da wo auch der neue R8 ran kommt.

Diesen Satz im zusammenhang mit dem Schaltplan von dir verstehe ich nicht.
An der Kathode liegt der R8 an (500Ohm). Die Rückkopplung geht dan über einen Widerstand mit 2k, 1x an die Basis von Q6 und Q7 und 1x über 100Ohm an den Transistor vor Q6 und Q7 (also Q2). Ist es korrekt das die Leitung nicht mehr an Q4 geht?

Viele Grüße
Dominik