[earnst]

Hallo,

hier mal ein Prinzip einer Regelung:



Q1 ist der Regelverstärker, der auch als MOSFET ausgeführt werden kann. Referenzspannung Vz am Emitter, R4 ist Vorwiderstand der ZD. Über den Spannungsteiler R1/R2 wird ein Teil der Ausgangsspannung zur Basis Q1 geführt. (R5 und R6 sind nur Schutzwiderstände).

Funktion: Über R3 (Kollektor-R von Q1) wird Q2 aufgesteuert, die steigende Ausgangsspannung wird geteilt über R1/R2 der Basis Q1 zugeführt. Sobald dort die Spannung größer Vz (+Vbe, ~ 0,7V) ist, öffnet Q1 und zieht die Gate-Spannung von Q2 runter, so daß sich die Spannung Vout einstellt, die der Gleichung

Vout · R2 / (R1 + R2) = Vz + Vbe   gehorcht.

Achtung, im Schaltplan fehlen typische Schutz- und Siebelemente

mfg ernst

[Bierschinken]

Nabend,

ich danke allen für die rege Beteiligung!

Beim lesen eurer Antworten sind mir noch einige Fragen geblieben.
Grundsätzlich möchte ich die Spannung für meine Schirmgitter und die zugehörige Vorstufe auf ein bestimmtes Limit einstellen und den Effekt der Siebung der "Längsregelung" nutzen um auf große Elkokapazitäten verzichten zu können.

Ich habe zum besseren Verständnis nochmal die Schaltung auf die zur Funktion wichtigen Elemente reduziert.



Was mir klar ist . . .
- D1 legt mit seiner Zener bzw. Avalanchespannung die Höhe von Uaus fest.
- Damit D1 funktioniert muss ein Strom von 0,1 Idmax durch sie fließen
- Idmax ergibt sich aus Pd/Uz

Was mir nicht klar ist . . .
- Wie wird R1 gewählt um den gewünschten Id zu bekommen?
- Was passiert wenn Uein < Uz? (Dann müsste Uaus = 0V sein oder?)

Ich würde das gerne anhand eines Beispiels durchexerzieren:
Wir haben Uein = 100V, Uz wählen wir mit 80V und Pd beträgt 2W.

Dann liegt Idmax bei 2W/80V = 25mA, d.h. Idmin sollte bei mindestens 2,5mA liegen.
Die Frage lautet also; Wie groß muss jetzt R1 sein um einen Strom von 2,5ma einzustellen? - Könnte mir das bitte jemand vorrechnen?


Mein Lösungsansatz wäre zu sagen an D1 fallen 80V ab, also fallen bei Uein von 100V über R1 die verbleinenden 20V ab.
Jetzt kenne ich Ur und Ir, d.h. ich rechne mir R aus mit R = U/I = 20V/2,5mA = 8kΩ
R1 muss aber etwas kleiner sein, da Id aus stabilitätsgründen etwas über Idmin liegen sollte.
Also wähle ich einen Vorwiderstand von 6k8, denn damit läge Id bei 2,9mA (20V/6,8kΩ = 2,9mA) und somit über den geforderten 2,5mA.
Liege ich damit richtig oder ist das Blödsinn?

Grüße,
Swen

[Fandango]

Hallo Swen
ich glaube Du siehst das gerade etwas verkehrt, an D1 fallen keine 80V ab, dafür ist R1 zuständig, zwischen Uein und Uz misst du 80V.
Vielleicht ist es einfacher zu verstehen wenn du die tatsächliche Flußrichtung der Elektronen anschaust, also von - nach +.
Die Z-Diode lässt erst ab ihrer Schwellspannung die Elektronen durch.
Dieser Plan ist die SG-Versorgung für meine neue Endstufe, an Stelle des R 120K kannst du auch eine Z-Diode einsetzen.


Die Z15 ist eine Schutzdiode die vom Typ des FET abhängig ist und der C 10n reduziert höherfrequente Schwingungen.
Der C 10µ nimmt den restlichen Brumm weg und sorgt auch noch für einen sanfteren Anlauf.
Diese Schaltung funktioniert einwandfrei bei ca. 320V und sorgt für eine SG-Spannung von ca. 175V.

Dein Vorwiderstand sollte mind. 33K haben.

Gruß,
Georg

[Manfred]

@Bierschinken

In das Gate des Mosfets fließt kein bzw. ein vernachlässigbarer kleiner Strom,
so  kann die die Schaltung mit R1 und D1 als Standardstabilisierungsschaltung betrachtet werden.
Zur Dimensionierung siehe z.B. hier:
http://www.elektroniktutor.de/analog/uz_stabi.html

Gruß
Manfred

[SvR]

Salü,
@Georg: Deine Schaltung hat allerdings den Nachteil das Schwankungen der Eingangsspannung nicht ausgeglichen werden, da die Referenzspannung mit schwankt. Wird R 120k (wie von dir erwähnt) durch eine Z-Diode ersetzt ist die Referenzspannung stabil.

@Bierschinken: Ich denke deine Rechnung passt so. Hier das ganze noch mit Transistoren: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm
Wenn mans ganz genau machen will kann man die Z-Spannung aus mehreren Z-Dioden zusammensetzen, sodass sich deren Themperaturkoeffizenten (positiv und negativ) ausgleichen. Grob kann man sagen das Z-Dioden < 5,1V einen negativen, Z-Dioden > 5,1V einen positiven Themperaturkoeffizenten haben. Allerdings wäre das für einen Röhrenverstärker leicht overkill. In einem Messgerät/Labonetzteil aber vielleicht interessant.
mfg sven

[Manfred]

Hallo!

@SvR
Da stimme ich zu das mit der Optimierung des Temperaturkoeffizienten wäre mit Kanonen auf Spatzen geschossen.


Die Ausgangsspannung änderts sich je nach Strom auch durch die daraus resultierende Schwankung von Ugs,
welche aber auch gegenüber der hohen Z-Spannung von z.B 180V gering ausfällt. Der IRF820 hat eine Steilheit von minimal 1.5A/V.
Bei  einem angenommenen Laststrom von 500mA würde Ugs laut Ausgangskennlinienfeld etwa 4.7V betragen
und eine Laständerung von 100mA etwa eine Schwankung von ca 70mV von Ugs, sprich Ua, bedeuten.
Deshalb ist für die Auswahl des MosFet wichtig dass dieser auch eine große Steilheit hat.
Wie schon oben erwähnt ist das keine Regelung, die Gate-Source Spannung wird quasi dem erforderlichen
Ausgangsstrom nachgestellt.

Gruß
Manfred  
 

[Bierschinken]

Hallo,

jetzt bin ich nochmehr verwirrt, da hier die Meinungen auseinander gehen.

[...] zwischen Uein und Uz misst du 80V.

Georg, nein, Uein soll 100V betragen und Uaus 80V, d.h. ich muss einer Zener-Diode mit 80V.
So gesehen fallen über die Zenerdiode dann, zwischen Uz und Gnd, 80V ab.

Dein Vorwiderstand sollte mind. 33K haben.

Kannst du mir erklären wie du auf den Wert kommst? - Ich verstehs nicht 

Ich denke deine Rechnung passt so. Hier das ganze noch mit Transistoren:[...]

Dank dir, Sven. In dem Link wirds zumindest genau so berechnet wie ich es im Beispiel getan hab.

Mit den Temperaturkoeffizienten habe ich auch schon überlegt zu spielen, aber das ist nicht nötig, da die paar Volt mehr oder weniger keinen Unterschied machen. Da sind übliche Netzschwankungen ja deutlich extremer.

Wie schon oben erwähnt ist das keine Regelung, die Gate-Source Spannung wird quasi dem erforderlichen
Ausgangsstrom nachgestellt.

Ja, ist richtig. Diese Art der Spannungsstabilisierung scheint mir jedenfalls für die Versorgungsspannung von Audiogeräten ideal, wegen der äusserst geringen Brummspannung.

Deshalb ist für die Auswahl des MosFet wichtig dass dieser auch eine große Steilheit hat.

Dank dir. Das ergibt Sinn, So bleibt die Ausgangsspannung relativ konstant, auch bei kleineren Lastschwankungen.

Wo wir grade beim Thema FET-Auswahl sind. Worauf sollte man da noch achten?
Klar, er muss den geforderten Strom liefern können, er muss mit der hohen Spannung klarkommen (auch mit hoher Uds).
Aber was gibt es da noch für Auswahlkriterien?

Grüße,
Swen

[Fandango]

Da hab ich das etwas falsch verstanden, ok, wenn 80V dann stimmt Dein Wert.

[Bierschinken]

Da hab ich das etwas falsch verstanden, ok, wenn 80V dann stimmt Dein Wert.

Puh, da bin ich aber beruhigt! - Ich hab mir schon mächtig den Kopf zerbrochen, wie das denn gehen soll 

Also, bleibt die Frage nach der FET-Auswahl und dann die Frage nach "Zusätzen" um die Schaltung stabiler/sicherer zu machen.

Hier fällt mir spontan die oft angeführte Z-Diode zwischen GS ein.
Diese wäre ja in erster Linie abhängig vom FET. Sollte man da so klein wie möglich bleiben oder die maximal erlaubte Ugs ausnutzen?

Wenn Uein nicht 100% sauber ist und leicht schwankt, macht es dann Sinn die Z-Diode mit einem Kondensator zu überbrücken um Uz möglichst konstant zu halten?

Grüße,
Swen

[Manfred]

Hallo Sven,

da geht eigentlich jeder N-Kanal Power Mosfet der die entsprechende Spannungsfestigkeit hat.
Der Stromwert der Steilheit sollte deutlich höher liegen als der Ausgangsstrom um die Ausgangsspannungsänderung gering zu halten.
Dann kommt es noch auf die Eingangsspannung der Stabilisierung  an um die Verlustleistung des Mosfets zu bestimmen,
um zusehen ob ein Küklkörper von nöten ist.
Um welchen Ausgangsstrom geht es eigentlich?

Gruß
Manfred

[Bierschinken]

Hallo Manfred,

in meinem konkreten Fall ist der Laststrom eher ein Witz mit ca. 5 - 15mA.
Aber der nächstew Große Amp kommt bestimmt und dann muss deutlich mehr Strom versorgt werden.

Ich dachte daran einen IRF840 (oder 830/820, je nachdem was ich grade bekomme) zu verwenden.

Zum Thema Kühlkörper bin ich auch noch nicht fündig geworden. Ich finde in den Datenblättern keine Angabe wieviel Leistung der IRF840 ungekühlt umsetzen kann und ab wann eine Kühlung von Nöten ist.
In meinem Falle wird die maximale Verlustleistung bei höchstens 1W liegen.

Im Datenblatt sah ich jedoch eine Diode eingezeichnet in Sperrichtung von D nach S.
Ist diese intern im FET oder sollte ich zum Schutz noch eine gesonderte Vorsehen?

Grüße,
Swen

[Manfred]

Hallo Sven,

diese eingezeichnete Diode entsteht automatisch bei der Herstellung  des MosFet.
Für die Menschen die Induktivitäten schalten müssen ist das eine Bauteil- und Aufwandsersparnis,
da die Recoverydiode zur Begrenzung der Induktionsspannung  beim Abschalten entfallen kann.
Aber zum Schalten von höhren AC-Signalen sind die MosFets daher völlig ungeeignet.
Es muss daher jeweils ein  P- und N-Kanaltyp zusammenschalten werden damit das Signal nicht durch die Dioden begrenzt wird.
Siehe einen diskreten AC-Schalter:
http://www.discovercircuits.com/DJ-Circuits/FETswitch.htm
Nun bin ich abgeschweift.
Für die paar mAs braucht der IRF820 etc.  keinen Kühlkörper.
Die Leistung die der Transitor als Wärme abführen muss ist (Eingangsspannung-Ausgangsspannung) X Ausgangstrom.
50W ist das absolute Maximum bis zu 25° Gehäuse sprich Umgebungstemperatur.
Bei höhren Umgebungstemparaturen sinkt die Maximale Leistung um 0.4 W pro Grad Temperaturzunahme.

Gruß
Manfred
    


 

[Bierschinken]

Nabend Manfred,

dank dir! - Jetzt verstehe ich das mit der Diode!
Ich hatte da einen Text gelesen über unterschiedliche FET-Typen und da war von einer Diode - als parasitärer Bauteileffekt - die rede, zu der ich keine Vorstellung hatte. Nun ergibt das Sinn.

Ja, die Leistung ist in meinem Fall lachhaft mit 1-2W, hoffen wir dass das Kerlchen sich nicht langweilt 

Was noch an Fragen offen bleibt:
- Gibt es andere Schutzmaßnahmen (gegen Schwingen o.ä.) die man noch vorsehen sollte?
- Wie groß sollte der dem FET folgende Ladekondensator sein? Der FET ist sehr niederohmig und sollte daher keine Probleme haben Strom liefern zu können, also müsste der Kondensator wohl nicht besonders groß sein?
- Ich las öfter davon, dass Zener-Dioden rauschen sollen. Kann das ein Problem darstellen? - Sollte man dagegen Vorkehrungen treffen und einen kleinen Kondensator, 100nF oder sowas, über die Dioden klemmen?

Dank und Gruß,
Swen

[Manfred]

Hallo Sven,

war kurz zum  

siehe hier,  da is' alles drin:
http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.elecfree.com/electronic/wp-content/uploads/2007/10/high_volt_mosfet_supply.gif&imgrefurl=http://www.elecfree.com/electronic/mosfet-stabilized-power-supply-for-tube-amp/&h=587&w=862&sz=12&tbnid=BPDNSlMVGDGDnM:&tbnh=99&tbnw=145&prev=/images%3Fq%3Dmosfet%2Bpower%2Bsupply&hl=de&usg=__jpX-4tpMFmfXLZMFXXL3Zi9n_7A=&ei=0GmVS5fcJoucnQPvwqyLAQ&sa=X&oi=image_result&resnum=5&ct=image&ved=0CBwQ9QEwBA

Wilder Link

Gruß
Manfred

[Bierschinken]

Nabend,

na optimale Uhrzeit zum Klampfen, ich hoff den Nachbarn hats gefallen  

Danke für den Link. Dazu meine Fragen:
- R3 hilft gegen Schwingen, warum wird er dann nicht direkt vor das Gate gesetzt, sondern hat noch die Diode dazwischen? - Sollte doch keinen Unterschied machen ob die Diode davor oder dahinter sitzt? (Die Größe wähle ich sodass der Widerstand mit der Gatekapazität einen Tiefpass bildet richtig?)

- Warum ist C1 so groß? Der Strom durch die Zenerdioden ist doch sehr klein, warum verwendet man dann so große Kapazitäten um die Spannung stabil zu halten?

- Warum ist C2 so klein? Ich verstehe, dass der nicht groß sein muss, da der Regler zügig Strom nachliefern kann, aber 33n ist doch praktisch nix!?

Sorry für die Nerverei, aber ich möchte das im Detail verstehen.  

Grüße,
Swen


Nachtrag: Ich glaube ich habe verstanden warum C1 so groß ist. In dieser Form müsste das als Anlaufpuffer dienen, d.h. die Anodenspannung liegt erst an den Anoden wenn sich C1 aufgeladen hat. Praktisch ein "Auto-Standby"

Auch die Position von R3 könnte ich mir erklären, als dass er zu hohe Ströme über D1 verhindern soll.

Aber bei C2 bin ich immernoch ratlos.