Glossar


 
Konstantstromquelle

Siehe auch: Stromquelle  4Q Stromquelle  AC-Stromquelle  

Eine Konstantstromquelle ist eine Stromquelle die einen fest eingestellten Strom an einen Verbraucher liefert unabhängig von seiner Impedanz. Man spricht auch von einem eingeprägten Strom. Aus der Definition heraus ergibt sich zwangsläufig das der Innenwiderstand sehr hoch bis nahezu unendlich sei kann. Bevorzugter Einsatz von Konstantstromquellen sind elektronische Schaltungen die Bauelemente speisen mit unterschiedlichen Spannungen und kleinen Innenwiderständen wie LEDs und Zener-Dioden.

Eine Konstantstromquelle hat 3 wichtige Parameter, am Beispiel einer Autobatterie:

1.) Die Leerlaufspannung UB z.B. 12 Volt

2.) Den Kurzschlußstrom IK z.B. 600 Ampere

3.) Der Interne Widerstand oder die Quellenimpedanz. Dieser ergibt sich durch die Division von Leerlaufspannung UB durch den Kurzschlußstrom IK. In diesem Fall 12V/600A = 0,02 Ohm oder 20 Milli-Ohm

Hochwertige Elektronik macht es nun möglich diese Quellenimpedanz fast unendlich zu machen ohne zugleich die Batteriespannung zu erhöhen. Wenn sich also die Ausgangsspannung durch Belastung z.B. um 10 Volt ändert und der Strom sich gleichzeitig nur um 10 µA ändert, so ist die Quellenimpedanz dUB / dIA = 1 MOhm.




In folgenden Schaltungen wollen wir demonstrieren, welche Quellspannung und welche innere Impedanz notwendig wären, um eine sehr gute Stromstabilität zu erreichen. Wir suchen die Batteriespannung UB und den internen Widerstand Ri, die genügen würden damit bei einem Spannungssprung dUA= 10,0 Volt eine Stromänderung von nicht mehr als 10 µA zur Folge hätte.

Bild 1 Leerlauf: Die unbelastete Ausgangsspannung ist gleich der gesuchten Batteriespannung.

Bild 2 Teil-Lastbetrieb: Wir definieren eine Klemmspannung von 10 Volt und den Lastwiderstand von 1,0 Ohm. Es ergibt sich ein Ausgangsstrom von 10,0 A.

Bild 3 Kurzschlussbetrieb: Wir schließen die Stromquelle kurz und messen den Kurzschlußstrom der sich leicht erhöht hat auf 10,000.005 A. Diese Messwerte genügen bereits um UB und Ri zu bestimmen. Die Lösung wäre ein interner Widerstand von 2 MegOhm und die Batteriespannung würde bei unglaublichen 20 Mega Volt liegen.

Dank hochwertiger Operationsverstärkertechnik können SERVOWATT Stromquellen mit Niederspannung solche eine extreme Stromkonstanz liefern. Hierzu sind zwei Faktoren notwendig:

1.) Sehr hohe interne Verstärkung in Größenordnung von 20 – 50 Mio-fach

2.) Extreme Driftfreiheit in der Differenzeingangsstufe von typ. besser als 0,1 µV/°K

Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass die Qualität der heutigen Verstärker so hoch geworden ist, dass die Kontaktübergangswiderstände an den Klemmen bereits größere Fehler verursachen als der Verstärker selbst.
Wenn man sich vorstellt, dass die Ausgangsspannung ein Sinus von +- 50 Volt ist, so wäre die Eingangsspannung ca. 50 Mio.-fach kleiner, also in Größenordnung von 1 µV, was erfahrungsgemäß messtechnisch leider nicht mehr zu erfassen ist !

Bei der invertierenden Beschaltung ist daher der negative Eingang grundsätzlich fast Null Volt. Je höher die Verstärkung, desto kleiner ist die Eingangs-Differenzspannung und desto genauer sind die analogen, mathematischen Operationen. Die Toleranzen der verwendeten Beschaltungs-widerstände und nicht der Verstärker, bestimmen die Genauigkeit des Gesamtsystems.

Mikrovolts am Eingang sind ein Qualitätskriterium für SERVOWATT Operationsverstärker






GOSSEN fertigte serienmäßig die ersten einstellbaren Gleichstromversorgungsgeräte Modell 1 ab 1958. Dieser Typ sowie die Folgetypen Modell 2 und 3 waren aber nur in der Spannung einstellbar und hatten eine sogenannte "elektronische Sicherung" (feste Begrenzung bzw. Abschaltung). Erst mit dem Modell T4 33 4, das ab 1965 gefertigt wurde, war auch die Strombegrenzung einstellbar und somit eine Betriebsart "Konstantstromquelle" gegeben. In dieser Zeit wurde auch der über viele Jahre geschützte Begriff KONSTANTER eingeführt, der noch heute als Synonym für stabilisierte Gleichstromquellen verwendet wird. Er unterstreicht, dass der eingeprägte Strom unabhängig von einer variablen Last wirklich konstant bleibt.

Der Begriff Stromquelle stammt ursprünglich aus einer Spannungsquelle mit einem Vorwiderstand: Je höher beide Größen, die Spannung und der interne Widerstand werden, desto konstanter ist der Strom bei einer definierten Laständerung.