Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

Für elektronische Fragen von Ampelschaltung bis Z80.

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Multi-kv
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Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#1 Beitrag von Multi-kv »

Hallo zusammen,

die meisten meiner Netzteile liefern erst Ausgangsspannungen oberhalb von ca. 1,25 V, weil die Regelung intern über eine Referenzspannung von ca. 1,25 V läuft, wie bei den meisten linearen Spannungsreglern. Manchmal braucht man genaue und fein justierbare Spannungen unterhalb von 1 V bei kleinen Leistungen (einige W max.)
Die einfachste Möglichkeit wäre natürlich einfach einen Spannungsteiler herzunehmen, aber schon bei geringer Belastung bricht ja die Spannung ein.
Eine Regelung via LM317 etc. kommt wegen der Ref.spannung von 1,25V auch nicht in Frage, obwohl es hier auch Möglichkeiten gibt via. neg. Hilfsspannungen, wie z.B. hier: https://www.eeweb.com/circuit-projects/ ... wer-supply.

Fällt Euch eine einfache Möglichkeit ein, kleine gut einstellbare Spannungen im Bereich von 0...4 V etwa zu regeln bei kleinen Leistungen (wenige Watt) und möglichst kleinem Rippel?
Als Input hätte ich alles zur Verfügung ab ca. 1,3 VDC, auch Akku-betrieben oder was auch immer.

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kilovolt
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#2 Beitrag von kilovolt »

Spontan würde ich jetzt einfach am Ausgang eines LM317 noch ein, zwei Dioden in Serie schalten, dann nehmen die durch ihre Durchlasspannung die 1.25V weg und man kann bis 0V hinunter. Naja, wie temperatur- und laststabil das ganze dann ist, ist wohl eine andere Frage, aber grundsätzlich funktionieren würde es wohl schon für kleine Leistungen.

Etwas aufwendiger wäre halt eine kleine, getaktete DC-DC-Wandlerschaltung. Sowas bekommt man für zwei, drei Euro oder so und ist dann halt definitiv sauberer als der obengenannte Hack.
EDIT: Hab soeben gesehen, dass die meist auch nicht ganz auf Null runtergehen, sorry.

Gruss kilovolt
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#3 Beitrag von Multi-kv »

Danke kilovolt, das wäre wirklich eine simple und einfache Lösung. Bei Belastung dürfte über den Dioden dann allerdings schon etwas mehr Spannung abfallen - aber ich werde es einfach mal ausprobieren :-) Solange nicht mehr als ein paar 100 mA fließen, wird das wohl nicht viel ausmachen.

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Norbi
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#4 Beitrag von Norbi »

Mit einem Opamp und einem Mosfet sollte das gehen.

zB. sowas:
constant-voltage_004_400x195.gif
constant-voltage_004_400x195.gif (11.93 KiB) 527 mal betrachtet
Ausgang an den Moseft im Linearbetrieb (am besten einem, bei dem der lineare Bereich möglichst groß ist) und an die Eingänge einmal die Referenzspannung von einem Spannungsteiler und einmal die Spannung vom Ausgang, bei 1V kann man die auch direkt vom Ausgang abnehmen.

Da bekommt man auch easy mehr als 10A hin mit etwas dickerem Mosfet.
Zuletzt geändert von Norbi am Do 9. Apr 2020, 12:35, insgesamt 1-mal geändert.

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kilovolt
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#5 Beitrag von kilovolt »

Ja, wie gesagt, hundertprozentig laststabil wird das sicher nicht. Allerdings, solange Du Dich einigermassen im linearen Bereich der Diode bewegst, ist das nicht so dramatisch. Wieviel es tatsächlich ausmacht, siehst Du im Vorwärtsdiagramm im Datenbaltt der verwendeten Diode. Vermutlich macht es umso weniger aus, je leistungsfähiger die Diode ist. Nehmen wir als Beispiel eine 1N4007 Standarddiode. Bei 100mA und 25°C fallen gemäss Datenblattkurve etwa 0.85V ab. Bei 1A sind es dann etwa 0.95V. Natürlich wird dann auch die Temperatur noch eine geringen Einfluss haben.

Gruss kilovolt
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Thunderbolt
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#6 Beitrag von Thunderbolt »

Norbi hat geschrieben:
Do 9. Apr 2020, 12:33
Mit einem Opamp und einem Mosfet sollte das gehen.

zB. sowas:
Bild

Ausgang an den Moseft im Linearbetrieb (am besten einem, bei dem der lineare Bereich möglichst groß ist) und an die Eingänge einmal die Referenzspannung von einem Spannungsteiler und einmal die Spannung vom Ausgang, bei 1V kann man die auch direkt vom Ausgang abnehmen.

Da bekommt man auch easy mehr als 10A hin mit etwas dickerem Mosfet.
Noch etwas eleganter wäre die lösung, wenn man nicht den ausgangsspannungsteiler verändert, sonder die referenzspannung.
Sonst verändert man die parameter der regelschleife, was evtl. zu instabilität führen kann

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Multi-kv
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#7 Beitrag von Multi-kv »

Danke Euch Dreien! Da sind doch ein paar sehr interessante Lösungen zusammengekommen :-)
Die Diodenlösung reicht mir vermutlich für wirklich kleine Leistungen.
Die Mosfetlösung ist gut für größere Leistungen.

@Thunderbolt: Du meinst, dass man z.B. P1 auf die Eingangsseite zwischen D1 und R1 hängt? Bin nicht ganz sicher, ob ich das richtig verstehe.

Schön wäre auch, wenn man einen N-Ch Mosfet statt eines P-Ch verwenden könnte. Habe ich mehr von und sind meistens auch leistungsfähiger :-)

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Thunderbolt
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#8 Beitrag von Thunderbolt »

Multi-kv hat geschrieben:
Do 9. Apr 2020, 14:18
@Thunderbolt: Du meinst, dass man z.B. P1 auf die Eingangsseite zwischen D1 und R1 hängt? Bin nicht ganz sicher, ob ich das richtig verstehe.

Schön wäre auch, wenn man einen N-Ch Mosfet statt eines P-Ch verwenden könnte. Habe ich mehr von und sind meistens auch leistungsfähiger :-)
Genau ;-)

wenn du den Opamp geeignet beschaltest oder deine referenzspannung gegen + beziehst (also quais R1 und D1 tauschen) müsstest du auch einen N-CH FET benutzen können

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Multi-kv
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#9 Beitrag von Multi-kv »

Danke, Thunderbolt!

Mir fällt gerade noch eine evlt. stabilere Lösung ein: man könnte anstelle der Z-Diode auch eine variable Referenz nehmen, wie z.B. den TL431. Damit hätte man eine recht temp.stabile steilflankig ansteigende Z-Diode mit einstellbarer Referenzspannung :-)

Welche Mosfets wären da geeignet? Habe die bisher fast ausschließlich als Schalter benutzt, also im nichtlinearen Bereich.

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stoppi
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#10 Beitrag von stoppi »

Dass mit den Dioden am Ausgang funktioniert soweit ich mich erinnere nicht. Hatte ich im Zuge des ramsauer townsend experiments auch probiert...

Wie soll man bitte mit der Operationsverstärkerschaltung Spannungen von nahezu 0V generieren? Am invertierenden Eingang liegen durch die zenerdiode z.b. 1.3V an. Dann regelt der opv den mosfet so, dass die Spannung am nicht invertierenden Eingang = spannungsabfall über R2 und bis zum Schleifer von P1 auch 1.3V beträgt. Dann liegen aber am Ausgang durch den zusätzlichen spannungsabfall über R3 mehr als 1.3V an. Wie sollen dort dann zum Beispiel 0.1V Anliegen können?

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Norbi
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#11 Beitrag von Norbi »

Mit genau der Schaltung geht das auch nicht, das hast Du gut erkannt. Hab für einen fixen Post im Forum nur nichts passenderes bei Google gefunden um das Prinzip von einem Opamp-Spannungsregler zu verdeutlichen.

Den Spannungsteiler am Ausgang kann man natürlich ganz weglassen und direkt am Drain vom Mosfet die volle Spannung abgreifen. Und für den anderen Eingang nimmt man dann einen Spannungsteiler/Poti wo man bis 0V runterdrehen kann als Referenz, vielleicht noch einen kleinen Kondensator als Glättung und einen Widerstand als Mindestlast hinzufügen.


Ich hab mir mal die Zeit genommen:
Untitled-1.jpg
Untitled-1.jpg (45.6 KiB) 424 mal betrachtet

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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#12 Beitrag von Multi-kv »

Danke Euch für die Ergänzungen!
Warum soll das mit den Dioden denn nicht funktionieren? Man braucht sicherlich eine kleine Mindestlast und der Spannungsabfall über den Dioden ändert sich in bestimmtem Rahmen mit der Last, aber er ist doch in jedem Fall da?

Mit dem Opamp bin ich nicht ganz sattelfest. Ist der Ausgang nicht immer high oder low? Wenn beide Eingänge auf gleichem Potential liegen high, wenn nicht low? Gleichzeitig versucht der Opamp alles um die Eingänge auf gleiches Potential zu bekommen. Dann würde der Mosfet doch als Schalter betrieben? Oder täusche ich mich gerade mit dem Ausgang? (Habe noch nicht viel mit Opamps gemacht).

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kilovolt
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#13 Beitrag von kilovolt »

Guten Abend Multi-kv

Das, was Du beschreibst, ist ein Komparator. Ein Komparator kann nur high oder low am Ausgang liefern. Ein Operationsverstärker hingegen kann jeden Spannungswert zwischen Versorgungsspannung und Masse an seinem Ausgang liefern. Er versucht laufend, seinen Ausgang so nachzuführen, dass beide Eingänge gleich sind.

Warum geht das mit den Dioden am Ausgang nicht, stoppi?

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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#14 Beitrag von Multi-kv »

Danke kilovolt, da habe ich wohl wieder was verwechselt. Aber Opamps kann man auch als Komparator schalten, soviel ich weiß.
Muß mir dazu nochmal das Lehrvideo von Dave Jones ansehen :-)
Müßte der feedback nicht normalerweise an den invertierenden Eingang gehen?

Schöne Ostern Euch allen schon mal!
Wir wollten eigentlich eine 4-Tages Radtour um den Bodensee machen - fällt leider aus :(

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ferrum
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Re: Fein regelbare Spannungen unterhalb von 1 V

#15 Beitrag von ferrum »

Servus,
Multi-kv hat geschrieben:
Do 9. Apr 2020, 19:38
Danke kilovolt, da habe ich wohl wieder was verwechselt. Aber Opamps kann man auch als Komparator schalten, soviel ich weiß.
Muß mir dazu nochmal das Lehrvideo von Dave Jones ansehen :-)
Müßte der feedback nicht normalerweise an den invertierenden Eingang gehen?
Opamp als Komperator geht ist aber für die Typischen Komperator Anwendungen zu langsam und hat auch meistens keinen TTL/CMOS kompatiblen Ausgang.

Feedback muss in dem Fall an den nichtinvertierenden Eingang weil der PFET nochmal invertierend wirkt

lg ferrum
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