Da ich mich in der letzten Zeit ein wenig mit Pufferstufen (buffer) befasse, habe ich in diesem Zusammenhang auch Konstantstromquellen untersucht
und möchte heute etwas davon kurz vorstellen.
Die Unterscheidung zwischen Stromquelle und Stromsenke lasse ich unberücksichtigt, ebenso alles, was es an hochpräzisen ICs dazu auf dem Markt gibt:
hier geht es zunächst um eine diskret aufgebaute Schaltung mit einem einzelnen Transistor (bjt).
Kriterien für die Beurteilung sind einmal die Linearität bei Spannungsänderung und Konstanz gegenüber Temperaturänderung.
Drei Schaltungsvarianten werden miteinander verglichen: BJT-CCS nur mit Widerstand (Schaltung 1),
BJT-CCS mit Widerstand+Diode (Schaltung 2) und BJT-CCS mit zwei Dioden (Schaltung 3).
[Anmerkung: zum Vergrössern der Bilder auf das Bild klicken . . .]
Für den Vergleich sollten die Testbedingungen gleich sein:
- gleiche Basisspannung
- gleicher Kollektorstrom
Wie der Screenshot der TRAN-Simulation zeigt, sind diese Bedingungen wohl hinreichend erfüllt:
Um die Linearität zu vergleichen, führen wir eine DC-Simulation aus, bei der die Versorgungsspannung von 1V bis 7V gestep't wird:
Alle drei Topologien zeigen eine Abhängigkeit des Kollektorstroms von der Versorgungsspannung.
Schaltung 3 mit zwei Dioden zeigt eine ausgeprägte Krümmung, Schaltung 1 nur mit Widerstand setzt verzögert erst bei ca. 3V ein,
scheint danach aber recht linear zu verlaufen.
Schaltung 2 mit der Diode-Widerstand-Kombination ist nach meinem Dafürhalten die linearste von den dreien.
Wie verhalten sich diese drei bei Temperaturschwankungen?
Dazu untersuchen wir die Gleichspannungseinstellung bei Ub=6V über einen Temperaturbereich von 10° bis 40°C.
Auch auf diesem Gebiet liegt die Schaltung 2 vorn, der Strom bleibt ziemlich konstant mit einem Temperaturkoeffizienten von nur 66nA/°.
Schaltung 1 (nur mit Widerstand) hat einen positiven TempCo von mehr als 3000nA/°, der Strom nimmt mit steigender Temperatur zu.
Schaltung 3 mit den zwei Dioden ist dagegen überkompensiert, sie besitzt einen negativen TempCo von nahezu -4000nA/°,
der Strom nimmt also mit steigender Temperatur ab.
Fazit: wer für nicht-superkritische Aufgaben eine Konstantstromquelle braucht und es auf ein paar Nanoampere mehr oder weniger nicht ankommt,
ist mit dieser recht einfachen Schaltung gut bedient. Bei einer käuflichen CRD von 1mA beträgt der Strombereich ja auch von 0.9mA bis 1.3m,
wie man sieht eine ganze Menge. Wer also mit Bauteilplatz nicht knausern muss, für den ist die diskret aufgebaute Konstantstromquelle sicher eine Alternative.
RudiS
und möchte heute etwas davon kurz vorstellen.
Die Unterscheidung zwischen Stromquelle und Stromsenke lasse ich unberücksichtigt, ebenso alles, was es an hochpräzisen ICs dazu auf dem Markt gibt:
hier geht es zunächst um eine diskret aufgebaute Schaltung mit einem einzelnen Transistor (bjt).
Kriterien für die Beurteilung sind einmal die Linearität bei Spannungsänderung und Konstanz gegenüber Temperaturänderung.
Drei Schaltungsvarianten werden miteinander verglichen: BJT-CCS nur mit Widerstand (Schaltung 1),
BJT-CCS mit Widerstand+Diode (Schaltung 2) und BJT-CCS mit zwei Dioden (Schaltung 3).
[Anmerkung: zum Vergrössern der Bilder auf das Bild klicken . . .]
Für den Vergleich sollten die Testbedingungen gleich sein:
- gleiche Basisspannung
- gleicher Kollektorstrom
Wie der Screenshot der TRAN-Simulation zeigt, sind diese Bedingungen wohl hinreichend erfüllt:
Um die Linearität zu vergleichen, führen wir eine DC-Simulation aus, bei der die Versorgungsspannung von 1V bis 7V gestep't wird:
Alle drei Topologien zeigen eine Abhängigkeit des Kollektorstroms von der Versorgungsspannung.
Schaltung 3 mit zwei Dioden zeigt eine ausgeprägte Krümmung, Schaltung 1 nur mit Widerstand setzt verzögert erst bei ca. 3V ein,
scheint danach aber recht linear zu verlaufen.
Schaltung 2 mit der Diode-Widerstand-Kombination ist nach meinem Dafürhalten die linearste von den dreien.
Wie verhalten sich diese drei bei Temperaturschwankungen?
Dazu untersuchen wir die Gleichspannungseinstellung bei Ub=6V über einen Temperaturbereich von 10° bis 40°C.
Auch auf diesem Gebiet liegt die Schaltung 2 vorn, der Strom bleibt ziemlich konstant mit einem Temperaturkoeffizienten von nur 66nA/°.
Schaltung 1 (nur mit Widerstand) hat einen positiven TempCo von mehr als 3000nA/°, der Strom nimmt mit steigender Temperatur zu.
Schaltung 3 mit den zwei Dioden ist dagegen überkompensiert, sie besitzt einen negativen TempCo von nahezu -4000nA/°,
der Strom nimmt also mit steigender Temperatur ab.
Fazit: wer für nicht-superkritische Aufgaben eine Konstantstromquelle braucht und es auf ein paar Nanoampere mehr oder weniger nicht ankommt,
ist mit dieser recht einfachen Schaltung gut bedient. Bei einer käuflichen CRD von 1mA beträgt der Strombereich ja auch von 0.9mA bis 1.3m,
wie man sieht eine ganze Menge. Wer also mit Bauteilplatz nicht knausern muss, für den ist die diskret aufgebaute Konstantstromquelle sicher eine Alternative.
RudiS
