Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Projekt układu sztucznego obciążenia

noel200 21 Sie 2014 14:26 4920 29
  • #1 21 Sie 2014 14:26
    noel200
    Poziom 22  

    Witam, od jakiegoś czasu walają mi się po szufladzie dwa tranzystory 2N3055 z radiatorami. Raz wziąłem je do ręki i postanowiłem coś z nimi zrobić.
    Zasilacze mam dwa, działają, spełniają moje wymagania, więc zasilacz nie.
    Ale może w drugą stronę. Sztuczne obciążenie? Popatrzyłem co mam jeszcze w przydasiach i mam woltomierz panelowy, wzm op. też się znajdzie, jakieś tranzystorki rezystorki itd.
    Zrobiłem schemat:
    Projekt układu sztucznego obciążenia
    Zrobiłem nawet układ, działa, ale jest z nim taki mały problem, że jeżeli pokręcę potencjometrem do regulacji prądu wymuszając zwiększenie prądu bazy 2N3055 a nic nie jest podłączone pod ich kolektor-emiter to przez R10 płynie taki prąd, że rezystor dymi po kilku sekundach. W końcu brak jest jakiegokolwiek napięcie na wejściu odwracającym LM358. Co za tym idzie na wyjściu wzm. op. napięcie jest bliskie zasilającego.
    Dokonałem więc rewizji tej części i po obliczeniach, wyszło mi na to co widać teraz.
    Bc517 zmieniłem na bc139, a rezystor R10 z 10ohm na 20ohm/5W. Układ był liczony na max 10A. Teraz jest ok, ale wykonując drugą płytkę zrobiłem głupi błąd i muszę robić trzecią, więc może coś jeszcze znajdzie się do poprawy.
    prosiłbym więc o sprawdzenie schematu, co jeszcze można poprawić itp.
    Dziękuję i pozdrawiam

    0 29
  • #2 21 Sie 2014 15:38
    ronwald
    Poziom 27  

    Co z drugim wzmacniaczem operacyjnym ? Brak sygnalizacji (LED), że układ jest aktywny.

    0
  • Pomocny post
    #4 21 Sie 2014 19:06
    Wertyuud
    Poziom 20  

    noel200 napisał:
    Zrobiłem nawet układ, działa, ale jest z nim taki mały problem, że jeżeli pokręcę potencjometrem do regulacji prądu wymuszając zwiększenie prądu bazy 2N3055 a nic nie jest podłączone pod ich kolektor-emiter to przez R10 płynie taki prąd, że rezystor dymi po kilku sekundach. W końcu brak jest jakiegokolwiek napięcie na wejściu odwracającym LM358. Co za tym idzie na wyjściu wzm. op. napięcie jest bliskie zasilającego.


    Może do Q1 dodać taki układ?

    0
  • #5 21 Sie 2014 19:26
    noel200
    Poziom 22  

    Sprytny układ. A jaki prosty.
    W pierwszej wersji, jak zapomniałem obciążanego zasilacza podłączyć, R10 poszedł z dymem po po pierwsze miał złą wartość (jak i R5) i był zbyt małej mocy.
    Jeśli moje obliczenia są poprawne, to przy wzmocnieniu tranzystora 2N3055, by otworzyć go na 10A należy na bramkę podać 500mA. Stąd R10 ma 20ohm. W tym przypadku wydzieli się na nim 6W ciepła. Jednocześnie zabezpiecza on Q1 przed uszkodzeniem. A R5 ogranicza prąd do 20mA by nie przekroczyć max prądu wyjściowego wz. op. (24mA), ale przy wzmocnieniu Q1 wynoszącym w najgorszym przypadku 20 da się osiągnąć 500mA Ice.
    W prawdzie wzmocnienia przy Vce będą wyższe to można te rezystory odrobinę pozwiększać. Rezystor R10 przynajmniej by się nie pocił.
    Ale stosując ten układ powyżej, dobierając elementy, tak by R10 (10ohm/0,25W-pierwsza wersja) wytrzymał nie udało by mi się otworzyć T1 i T2 na 10A.
    Chyba, że czegoś nie rozumiem to proszę o sprostowanie.

    0
  • #6 21 Sie 2014 21:31
    Wertyuud
    Poziom 20  

    noel200 napisał:
    Ale stosując ten układ powyżej, dobierając elementy, tak by R10 (10ohm/0,25W-pierwsza wersja) wytrzymał nie udało by mi się otworzyć T1 i T2 na 10A.
    Chyba, że czegoś nie rozumiem to proszę o sprostowanie.

    Rezystor w tym układzie dobierasz tak, aby przy maksymalnym prądzie spadek napięcia powodował otwarcie drugiego tranzystora, czyli R=0,65V/0,5A= 1,3Ω. Problemem może być, że przy wysokim napięciu zasilania na tranzystorze Q1 będzie się wydzielała dość spora moc.

    0
  • #7 21 Sie 2014 21:45
    noel200
    Poziom 22  

    Wertyuud napisał:
    Rezystor w tym układzie dobierasz tak, aby przy maksymalnym prądzie spadek napięcia powodował otwarcie drugiego tranzystora, czyli R=0,65V/0,5A= 1,3Ω. Problemem może być, że przy wysokim napięciu zasilania na tranzystorze Q1 będzie się wydzielała dość spora moc.

    Aha, czyli teraz przy max prądzie na bazie Q1 jest on całkowicie otwarty i na nim spadek jest mały. Duży jest na R10 i to na nim wydziela się większość ciepła.
    W przypadku zastosowania R10=1,3ohm, na nim będzie mały spadek. Żeby nie przekroczyć 0,5A należy zastosować układ, który zaproponowałeś powyżej, ale największy spadek będzie na Q1, tak? Mi wyszło prawie 6W. BD139 ma chyba 1,25W total power dissipation.
    Aha, napięcie zasilania to 12VDC

    0
  • Pomocny post
    #8 21 Sie 2014 22:25
    Wertyuud
    Poziom 20  

    No w sumie mi wychodzi 0,5A*(12-0,65-0,65)V=5,25W. Można zastosować taki( po prawej) i tak dobrać R22 i R24, żeby się odpowiednio moc rozłożyła, ale to już jest "sztuka dla sztuki". Mam jeszcze taki pomysł, żeby podłączyć diodę anodą do bazy Q1, i katodą do kolektorów T1 i T2. Gdy na kolektorach będzie 0V, to Q1 będzie zablokowany. Już chyba skończę drążyć temat tego rezystora, bo to prosta rzecz, a dyskusja zaszła trochę daleko:0

    0
  • #9 21 Sie 2014 22:54
    miegod
    Poziom 14  

    Wydaje mi się ,że układ będzie działał dużo lepiej jeśli zamiast komparatora na 1/2 LM358 zastosujemy ten scalak w układzie wzmacniacza. Przy tranzystorach 2N3055 rezystory 0,1/5W włączyłbym w kolektory (nie mamy wtedy do czynienia ze sprzężeniem). Jako rezystor R3 zastosowałbym coś o obciążalności min 15W - a najlepiej 4 szt 0,1/5W w układzie szeregowo - równoległym (po 2 szeregowo i te zespoły równolegle). Oczywiście włączone także od strony kolektorów. Sugerowałbym też kompensację termiczną - jeśli układ ma być stabilny i mieć sensowne walory pomiarowe.

    0
  • Pomocny post
    #10 21 Sie 2014 23:01
    kspro
    Poziom 27  

    Kombinowanie ze źródłem prądowym raczej nie pomoże, bo wzmacniacz operacyjny z tranzystorem BD139 musi być w stanie dostarczyć wymagany prąd do baz 2N3055 odpowiadający maksymalnemu prądowi obciążenia, więc źródło i tak musiałoby być obliczone na tą największą wymaganą wartość. Należałoby się raczej zastanowić nad zmniejszeniem napięcia zasilającego BD139 aby w ten sposób zmniejszyć łączną moc strat wydzielaną w tranzystorze Q1 i oporniku R10.
    Dla dużych prądów współczynnik β tranzystorów 2N3055 spada do kilkunastu i nic się na to nie poradzi, więc może lepiej utworzyć z BD139 i 2N3055 Darlingtona. Wówczas nie byłoby problemu z mocą opornika R10, bo by go po prostu nie było, pozostałby jedynie R5 o dużo większej wartości. Wadą Darlingtona jest oczywiście większe napięcie nasycenia, ale i w obecnym rozwiązaniu minimalne napięcie, przy którym obciążenie jeszcze działa, nie jest szanowane, bo na przykład niepotrzebnie wstawiony jest opornik R3. Prąd 10A płynący przez R3=0.1Ω daje już spadek 1V! Lepiej go wyrzucić (zewrzeć) a na wejście (-) LM358 podać napięcia z oporników R1 i R2 zsumowane bezpośrednio dwoma opornikami rzędu 1kΩ. Zaletą Darlingtona byłby z kolei dokładniejszy pomiar prądu obciążenia, bo w obecnym rozwiązaniu mierzony jest spadek napięcia wywołany przez prąd obciążenia powiększony o prąd baz 2N3055, co przy małej β powoduje spory błąd. Niezależnie od tego, czy połączenie typu Darlington będzie użyte czy nie, dobrze byłoby dodać jeszcze jakiś opornik (33-100Ω) pomiędzy bazy a emitery tranzystorów 2N3055 żeby zminimalizować prąd obciążenia gdy jest ono wyłączone.

    0
  • #11 22 Sie 2014 00:10
    noel200
    Poziom 22  

    Wertyuud napisał:
    Mam jeszcze taki pomysł, żeby podłączyć diodę anodą do bazy Q1, i katodą do kolektorów T1 i T2. Gdy na kolektorach będzie 0V, to Q1 będzie zablokowany.

    Rzeczywiście może pomóc. Jak będę miał możliwość to sprawdzę.

    miegod napisał:
    Wydaje mi się ,że układ będzie działał dużo lepiej jeśli zamiast komparatora na 1/2 LM358 zastosujemy ten scalak w układzie wzmacniacza.

    Czyli sprzężenie zwrotne z wyjścia na wejście odwracające? A co to zmieni?

    kspro napisał:
    może lepiej utworzyć z BD139 i 2N3055 Darlingtona

    Czyli na kolektory BD139 i 2N3055 połączyć?

    kspro napisał:
    Wadą Darlingtona jest oczywiście większe napięcie nasycenia

    Ale skoro układ jest podłączony do zasilacza 12VDC (wzm. op. też oczywiście) to chyba to nie problem.

    kspro napisał:
    niepotrzebnie wstawiony jest opornik R3. Prąd 10A płynący przez R3=0.1Ω daje już spadek 1V!

    Tylko, że t w tym urządzeniu, jest jeden obwód w którym prąd ma się właśnie marnować. Czyli zamieniać w ciepło. R3 jest w tym właśnie obwodzie i moc którą trzeba rozproszyć rozkłada się również na ten rezystor, więc zmniejsza się obciążenie tranzystorów. Oczywiście większe jest minimalne napięcie badanego źródła, ale mi to nie przeszkadza.

    Zmieniłem schemat. Co teraz o tym myślicie?
    Projekt układu sztucznego obciążenia

    Tylko teraz jak się nie mylę, nie będzie możliwe obciążyć źródła o napięciu wyższym niż 12V?

    0
  • Pomocny post
    #12 22 Sie 2014 00:37
    Wertyuud
    Poziom 20  

    miegod napisał:
    Przy tranzystorach 2N3055 rezystory 0,1/5W włączyłbym w kolektory (nie mamy wtedy do czynienia ze sprzężeniem).

    Rezystory emiterowe maja za zadanie wyrównywać prądy obu tranzystorów, więc włączanie je w obwód kolektora mija się z celem.

    0
  • Pomocny post
    #13 22 Sie 2014 03:01
    kspro
    Poziom 27  

    W nowym schemacie sumowanie prądów narysowałeś dokładnie tak jak chciałem ale przerzucenie oporników w kolektory jest chybionym pomysłem nie tylko ze względu na brak wyrównywania prądów ale przede wszystkim dlatego, że wejścia LM358 mogą pracować z napięciami sięgającymi masy ale nie mogą z napięciami sięgającym Vcc. Jeśli napisałeś wcześniej, że napięcie zasilania to 12V DC, a obciążenie ma być dla napięć 12V, to właśnie byłby taki przypadek. W pierwszym schemacie na wartość napięcia, z którym pracować będzie obciążenie, nie ma ograniczenia innego niż dopuszczalne wartości napięcia i mocy strat dla 2N3055, więc ten schemat był lepszy.
    Jeżeli to ma być obciążenie regulowane do 10A to trzeba się liczyć z tym, że prawie cała moc będzie tracona w tranzystorach a nie w opornikach emiterowych służących w zasadzie tylko do wyrównania i pomiaru prądu. Tak czy siak solidny radiator dla tranzystorów jest absolutną koniecznością (być może z wentylatorem włączającym się po przekroczeniu jakiejś tam temperatury) i nie ma co liczyć na to, że moc wydzielana w opornikach cokolwiek załatwi.
    Oczywiście w układzie Darlingtona kolektor BD139 połączony jest z kolektorami 2N3055, emiter BD139 z bazami 2N3055, a emitery 2N3055 poprzez oporniki 0.1Ω do masy. Opornik, który proponowałem włączyć pomiędzy bazy a emitery 2N3055, musiałby być w zasadzie dwoma opornikami po jednym dla każdego tranzystora albo pojedynczym opornikiem włączonym od baz do masy. Zwierałby on ewentualny prąd zerowy BD139 tak żeby całe obciążenie, które jest de facto źródłem prądowym, dało się regulować możliwie blisko do zera.
    Uzyskany w ten sposób Darlington powinien mieć β>=1000 (wystarczy, że 2N3055 ma β=12.5 a BD139 ma β=80), a więc dla prądu 10A wystarczy prąd bazy BD139 równy 10mA. LM358 ma większą wydajność prądową (chyba 20mA min.), więc nie byłoby problemu, ale zastanawiam się, czy nie lepiej byłoby poprzedzić Darlington dzielnikiem i jeszcze jednym tranzystorem BD137 pracującym jako wtórnik (czyli wyjście LM 358 poprzez dzielnik złożony z dwóch oporników na bazę BD137, kolektor do Vcc, emiter do bazy Darlingtona i jednocześnie przez opornik 1kΩ do masy). Takie rozwiązanie poprawiłoby stabilność w pętli sprzężenia zwrotnego, bo bez dzielnika w zasadzie cały sygnał z wyjścia wzmacniacza LM358 trafia z powrotem na wejście (-) i jeśli Darlington ze stosunkowo wolnymi tranzystorami 2N3055 wprowadzi jakieś przesunięcie fazowe to może dojść do dzwonienia jeśli nie wzbudzenia. Z dzielnikiem na wyjściu LM358 sytuacja byłaby bardziej komfortowa, bo przy tym samym przesunięciu fazowym sygnał docierający do wejścia (-) byłby mniejszy.
    Zakładając, że napięcie baza-emiter dla BD137, BD139 i 2N3055 łącznie może być nawet 2.5V oraz spadek 0.5V na opornikach 0.1Ω, napięcie na bazie BD137 przy maksymalnym prądzie obciążenia 10A powinno być w granicach 3V. Biorąc pod uwagę, że LM358 zasilany z 12V może dostarczyć do 10V na wyjściu, stosunek podziału dzielnika mógłby być jak 1:3, co daje już istotny zapas ze względu na stabilność (margines wzmocnienia większy o prawie 10dB).
    Oczywiście tyle samo razy dzielnik zmniejszyłby dokładność stabilizacji dla DC, ale to już jest do zaakceptowania. Napięcie niezrównoważenia LM358 też uległoby pomnożeniu, więc warto pomyśleć o jego kompensacji na wejściu wzmacniacza jeżeli regulacja obciążenia ma się rozpoczynać od zera. Zresztą bez dzielnika również warto o to zadbać, gdyż napięcie na wejściu (-) dla prądu 10A wynosi tylko 0.5V, a więc niewiele, i napięcie niezrównoważenia, które dla LM358 może wynosić do +/-5mV, stanowiłoby aż 1% całego zakresu. Z tego samego powodu dobrze by było też zmienić sposób ustawiania prądu obciążenia potencjometrem. Powinno się tak jak dla sterowania z DAC włączyć potencjometr 1kΩ pomiędzy masę a napięcie referencyjne +5V, a suwak podłączyć do wejścia (+) LM358 poprzez dzielnik przez 10 złożony z dwóch stabilnych oporników, być może dobieranych lub korygowanych, o odpowiednio dużej wartości tak aby nie obciążały zbytnio potencjometru. W ten sposób uniknie się problemów z niestabilnością temperaturową oporności potencjometrów, które nigdy nie były pod tym względem zbyt dokładne. Nawet najlepsze potencjometry wieloobrotowe mają lepszą liniowość i stabilność jako dzielniki niż jako regulowane oporniki.

    0
  • Pomocny post
    #14 22 Sie 2014 09:06
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    miegod napisał:
    Wydaje mi się ,że układ będzie działał dużo lepiej jeśli zamiast komparatora na 1/2 LM358 zastosujemy ten scalak w układzie wzmacniacza.

    LM358 nie jest komparatorem, ani nie pełni funkcji kompatratora w tym układzie, pracuje z maksymalnym wzmocnieniem (w otwartej pętli) co daje bardzo dobrą dokładność regulacji, ale jest też ryzyko wzbudzenia, jesli jest stabilny nie ma co kombinować, jeśli nie jest trzeba ograniczać wzmocnienie, ale tylko dla wysokich częstotliwości - tam gdzie jest ryzyko wzbudzenia (połaczyć w układzie integratora) to że wzmacniacz bedzie miał bardzo duże wzmocnienie przy niskich częstotliwościach to nadal zaleta.
    Cytat:

    Przy tranzystorach 2N3055 rezystory 0,1/5W włączyłbym w kolektory (nie mamy wtedy do czynienia ze sprzężeniem).
    Tym sposobem zepsujesz działanie układu równoważącego obciążęnie tranzystorów.
    Cytat:
    Jako rezystor R3 zastosowałbym coś o obciążalności min 15W - a najlepiej 4 szt 0,1/5W w układzie szeregowo - równoległym (po 2 szeregowo i te zespoły równolegle).
    Jest w tym troche sensu, zapas mocy spowoduje że sie mniej nagrzeją i zmiany temperaturowe prądu będą mniejsze.
    Cytat:
    Oczywiście włączone także od strony kolektorów.
    To zupełny bezsens, żeby to poprawić po twoich przeróbkach, żeby miało szanse działać, trzeba by uzyć wzmacniacza pomiarowego (drogi i niepotrzebny)
    Cytat:
    Sugerowałbym też kompensację termiczną - jeśli układ ma być stabilny i mieć sensowne walory pomiarowe.
    Tym dowiodłeś że nie rozumiesz zasady dzialania układu z pierwszego postu - pętla sprzężenia zwrotnego reguluje prąd bardzo dokładnie i nic poza TWR R3 nie jest wstanie tego zepsuć.
    Po twoich przeróbkach (które nie do końca wiadomo jak wyglądają - brak schematu) układ nie będzie regulował prądu więc potrzeba będzie wperowadzoną wadę jakoś załatać np dodając kompensację termiczną - którą może być trudno zrealizować.
    Układ z postu #11 to zupełny niewypał, zadziała prawie jak bezpiecznik elektroniczny o niestabilnym progu zadziałania, tu rzeczywiście wzmacniacz zadziała jak komparator bo sprzężenie jest dodatnie.

    miegod Dziwie się że takim marnym postem, bez żadnych konkretów, tak łatwo udało sie przekonać autora żeby zepsuł swój schemat.

    0
  • #15 22 Sie 2014 09:34
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Niezłe bzdury tu pisano.
    A wszystko po to aby ratować "trupa" (niektóre rady jeszcze go popsuły) - czyli układ który nie będzie dobrze działał.
    Tak to jest, gdy się na siłę chce zrobić coś ale koniecznie z "przydasi".
    Taki układ robi się na MOSFET-ach a nie na BJT.

    W ramach ratowania tego "trupa" rozważ układ, który wykrywałby polaryzację kolektora tranzystora(ów) mocy - czyli podłączenie obciążenia i wtedy dopiero pozwalałby na wysterowanie tych tranzystorów z WO.

    0
  • #16 22 Sie 2014 10:29
    noel200
    Poziom 22  

    Wertyuud napisał:
    Rezystory emiterowe maja za zadanie wyrównywać prądy obu tranzystorów

    jarek_lnx napisał:
    Tym sposobem zepsujesz działanie układu równoważącego obciążęnie tranzystorów.

    Takie było ich pierwotne założenie, ale kolega napisał o jakimś sprzężeniu, którego nie rozumiem, ale wiele rzeczy w życiu nie rozumiem co nie znaczy, że nie warto słuchać innych.

    kspro napisał:
    W pierwszym schemacie na wartość napięcia, z którym pracować będzie obciążenie, nie ma ograniczenia innego niż dopuszczalne wartości napięcia i mocy strat dla 2N3055, więc ten schemat był lepszy.

    jarek_lnx napisał:
    Układ z postu #11 to zupełny niewypał, zadziała prawie jak bezpiecznik elektroniczny o niestabilnym progu zadziałania, tu rzeczywiście wzmacniacz zadziała jak komparator bo sprzężenie jest dodatnie.

    Tak czułem, że ten drugi skopałem:P

    kspro napisał:
    Opornik, który proponowałem włączyć pomiędzy bazy a emitery 2N3055, musiałby być w zasadzie dwoma opornikami po jednym dla każdego tranzystora albo pojedynczym opornikiem włączonym od baz do masy. Zwierałby on ewentualny prąd zerowy BD139 tak żeby całe obciążenie, które jest de facto źródłem prądowym, dało się regulować możliwie blisko do zera.

    Zobaczę jakimi rezystorami dysponuję z odpowiedniego zakresu.

    kspro napisał:
    zastanawiam się, czy nie lepiej byłoby poprzedzić Darlington dzielnikiem i jeszcze jednym tranzystorem BD137 pracującym jako wtórnik (czyli wyjście LM 358 poprzez dzielnik złożony z dwóch oporników na bazę BD137, kolektor do Vcc, emiter do bazy Darlingtona i jednocześnie przez opornik 1kΩ do masy).

    To może być dobry pomysł, jeżeli zmniejszy się kilkukrotnie napięcie na wyjściu LM358 to stabilność powinna wzrosnąć. Można wyrzucić wtedy R9, a R8 podłączyć do +12VDC.
    A dlaczego akurat BD137? Drugi BD139 nie może być? Prąd i wzmocnienie te same, tylko na niższe napięcie.

    kspro napisał:
    Napięcie niezrównoważenia LM358 też uległoby pomnożeniu, więc warto pomyśleć o jego kompensacji na wejściu wzmacniacza jeżeli regulacja obciążenia ma się rozpoczynać od zera. Zresztą bez dzielnika również warto o to zadbać, gdyż napięcie na wejściu (-) dla prądu 10A wynosi tylko 0.5V, a więc niewiele, i napięcie niezrównoważenia, które dla LM358 może wynosić do +/-5mV, stanowiłoby aż 1% całego zakresu.

    1% dokładności jak dla mnie to aż aż.

    kspro napisał:
    Z tego samego powodu dobrze by było też zmienić sposób ustawiania prądu obciążenia potencjometrem. Powinno się tak jak dla sterowania z DAC włączyć potencjometr 1kΩ pomiędzy masę a napięcie referencyjne +5V, a suwak podłączyć do wejścia (+) LM358 poprzez dzielnik przez 10 złożony z dwóch stabilnych oporników, być może dobieranych lub korygowanych, o odpowiednio dużej wartości tak aby nie obciążały zbytnio potencjometru. W ten sposób uniknie się problemów z niestabilnością temperaturową oporności potencjometrów, które nigdy nie były pod tym względem zbyt dokładne.





    Akurat takich oporników nie mam. A gdyby R8 zwiększyć? Poprawiłoby to stabilność temperaturową potencjometrów za sprawą zmniejszenia prądu?

    jarek_lnx napisał:
    miegod Dziwie się że takim marnym postem, bez żadnych konkretów, tak łatwo udało sie przekonać autora żeby zepsuł swój schemat.

    Schemat z 11 postu by nie działał odpowiednio. To i ja wiedziałem pomimo mojej raczkującej wiedzy elektronicznej. Nie miałem zamiaru go wykonywać, co nie znaczy, że nie warto wysłuchać tego co mają inni do powiedzenia. Tylko niestety nie zawsze rozumiem co piszecie, ale uczę się.

    Dodano po 7 [minuty]:

    trymer01 napisał:
    W ramach ratowania tego "trupa" rozważ układ, który wykrywałby polaryzację kolektora tranzystora(ów) mocy - czyli podłączenie obciążenia i wtedy dopiero pozwalałby na wysterowanie tych tranzystorów z WO.

    No nie tak do końca trupa. Układ z pierwszego postu działa. Wykonany i sprawdzony. Ma swoje wady, ale ostatecznie dało się go używać.
    A z tym wykrywaniem polaryzacji to polegnę już całkiem. Trzeba oczywiście pamiętać jak się układ podłącza gdzie + a gdzie -. Ale coś za coś.

    Stosując się do waszych zaleceń dokonałem kolejnej rewizji schematu:
    Projekt układu sztucznego obciążenia
    I jak teraz?

    0
  • #17 22 Sie 2014 13:35
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Uparłeś się na BJT....
    To wszystko co kombinujesz to są półśrodki, nieskuteczne.
    Musisz pamiętać/rozumieć zasadę działania układu (schemat z postu nr 1): - sprzężenie zwrotne (WO) dąży do wyrównania napięć na R3 i na wejściu WO. Dlatego gdy brak obciążenia , prąd przez R3 nie płynie, na R3 brak napięcia (potencjał masy) i WO przesterowuje na wyjściu do max. napięcia ograniczonego zasilaniem, co powoduje duży prąd emitera Q1 który idzie "na bezdurno" w bazy T1 i T2.
    Jeden sposób Ci podałem.
    Inny sposób to w układzie z postu nr1 wstawić źródło prądowe w kolektorze Q1 - źródło prądowe o wartości prądu takiej aby Ie Q1 mógł wysterować T1 i T2 dla prądu 10A. Przykładowo jeśli T1 i T2 dla prądu 10 A wymagają Ib=0,5A, to źródło prądowe w kolektorze Q1 ma dawać powiedzmy 0,55A (nieco więcej niż wymagany Ib (T1+T2).
    To zapewni prawidłowe działanie układu dla prądu do 10A, przy prądach mniejszych od 10A źródło prądowe będzie całkowicie otwarte i nie będzie przeszkadzać.
    Wtedy opornik R10 jest zbędny a nawet szkodliwy, opornik R5 zabezpiecza przed poborem zbyt dużego prądu z WO - np. dla Ic Q1 = 550mA, jego Ib = powiedzmy 10mA i dlatego R5 powinien mieć wartość rzędu 100-300 Ohm.
    Wymaga to pomiarów - jaki Ib wymagają T1+T2 dla 10A, jaki będzie wymagany Ib Q1.
    Jakie źródło prądowe? - np. na WO i tranzystorze pnp np. BD136 - należałoby tu użyć WO który pracuje z Uwe i Uwy zbliżonymi do dodatniej szyny zasilania, najlepiej typu rail-to-rail.
    Można też próbować najprostszego - pnp z opornikiem w emiterze, baza zasilana z napięcia stabilizowanego diodami, tyle że taki najprostszy układ będzie "pływał" gdyż tranzystor będzie się nagrzewał a wtedy jego Ube się zmienia.

    0
  • #18 22 Sie 2014 21:35
    miegod
    Poziom 14  

    Otwarta pętla sprzężenia zwrotnego czyni ze wzmacniacza operacyjnego komparator. Proponuję lekturę Kulki i Nadachowskiego. Proponuję jeszcze parę bezsensownych połączeń. Układ można zastąpić przełącznikiem. W istocie jest to regulator dwustawny i żadna radosna twórczość tego nie zmieni. Zrozumcie Panowie prostą rzecz - jeśli wzmacniacz wysterowuje tranzystory - to jest to maksymalne napięcie wyjściowe tego układu ; jeśli nie wysterowuje - to jest to minimum. To , że pominięto rezystory polaryzacji i niezrównoważenia to już zupełny margines.

    0
  • #19 22 Sie 2014 23:39
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Głupstwa piszesz, przemyśl to.
    Oczywiście mam na myśli układy do postu nr 10 bo w poście nr 11 autor narysował coś co jest również głupotą .

    0
  • #20 23 Sie 2014 04:44
    kspro
    Poziom 27  

    noel200 - Pisałem o BD137 dlatego, że ten tranzystor zasilany jest z 12V, a więc nie musi wytrzymywać całego napięcia tak jak BD139 tworzący układ Darlingtona, a poza tym dlatego, żeby się z tym drugim nie mylił. Twój ostatni schemat jest już prawie dobry tylko pomyliłeś stosunek podziału dzielnika 1:3 napięciowy ze stosunkiem oporności. Dla stosunku oporności 1:3 dzielnik dzieli przez 4 a nie przez 3. Ponadto nie podoba mi się dodatkowy opornik 0.1Ω do pomiaru prądu, gdyż tak jak już pisałem niepotrzebnie podwyższa on minimalne napięcie na zaciskach obciążenia, przy którym układ stabilizuje jeszcze prąd. Informacja o wartości prądu jest dostępna w postaci napięcia na opornikach 0.1Ω w emiterach i mając podwójny wzmacniacz operacyjny można ją bez trudu wykorzystać.
    Napisałeś, że błąd rzędu 1% spowodowany niezrównoważeniem LM358 nie stanowi problemu, ale ja nie widzę powodu, dla którego miałbyś z tego rezygnować, zwłaszcza że można to zrobić w miarę prosty sposób. Dla pełnej jasności przygotowałem kompletny schemat
    Projekt układu sztucznego obciążenia
    Układ zaprojektowano dla prądu od 0 do 10A. Druga połówka LM358 U1B wykorzystana jest do monitorowania prądu obciążenia poprzez wzmocnienie tego samego sygnału sprzężenia zwrotnego, który odpowiada za stabilizację. Niezależnie od tego jak prąd obciążenia dzieli się pomiędzy R23 i R33 (być może nie całkiem równo), na wyjściu sumatora złożonego z R22 i R32 panuje napięcie równe 50mV na każdy amper prądu obciążenia, zatem dla otrzymania równego współczynnika 0.1V/A wzmacniacz musi mieć wzmocnienie równe 2V/V. Wyjście wzmacniacza zabezpieczono przed zwarciem opornikiem R9, można do niego podłączyć multimetr lub mikroamperomierz z odpowiednio dobranym opornikiem szeregowym.
    Wobec braku ujemnego napięcia zasilającego kompensacja napięć niezrównoważenia przeprowadzona została w taki sposób, że do wejść (-) obu wzmacniaczy przy pomocy R10 dodawane jest małe napięcie (około 4-5mV) odkładające się na oporności sumatora R22 i R32 powiększonej o opornik R5, a do wejść (+) wzmacniaczy napięcia w granicach od 0 do około 10mV regulowane niezależnie potencjometrami nastawnymi P14 i P15. W ten sposób można oddzielnie wyzerować napięcie niezrównoważenia każdego wzmacniacza zarówno dodatnie jak i ujemne.
    Wzmacniacz U1A steruje wtórnikiem emiterowym Q1 za pośrednictwem dzielnika R2/R1 wykorzystując cały zakres napięć dostępnych na wyjściu, dodatkowo na wyjściu wtórnika występuje dzielnik R4/R3, dzięki czemu margines wzmocnienia wzmacniacza powiększony jest o 9dB. Pomimo to na wypadek kłopotów z niestabilnością układu (wzbudzaniem) dodano jeszcze kondensator C1, przypuszczalnie nie będzie on konieczny, ale powinno być dla niego miejsce na druku. Wartość 100pF jest przykładowa, to może być mniej albo więcej, okaże się przy uruchamianiu. Obecność R3 ogranicza prąd tranzystora Q1 w przypadku gdy na zaciskach obciążenia nie ma napięcia i złącza baza-emiter Darlingtona działają jak zwykłe diody. W takim przypadku na wyjściu wzmacniacza U1A panowałoby największe możliwe napięcie (około 10.5V przy Vcc=12V) i bez R3 prąd tranzystora Q1 nie byłby limitowany. Z opornikiem R3=100Ω prąd nie powinien przekroczyć 25 mA, co przy napięciu 8.4V daje moc 210mW, więc radiator dla BD137 raczej nie jest potrzebny, ewentualnie wystarczy przykręcony mały kawałek blaszki.
    Do osiągnięcia pożądanego zakresu napięć od 0 do 0.5V na wejściu (+) wzmacniacza U1A, napięcie sterujące z potencjometru P1 (od 0 do VR=5V) dzielone jest przez 10 dzielnikiem złożonym z R11, R12 i R13, przy czym R13 wykorzystano w układzie kompensacji napięcia niezrównoważenia. Oczywiście zadawanie napięcia sterującego można rozwiązać inaczej, ale ten sposób wydaje się być najlepszy.
    Część mocy zakreślona linią przerywaną powinna być zmontowana bezpośrednio na radiatorze wykorzystując nogi tranzystorów i dodatkowe łączówki, reszta układu na oddzielnej płytce drukowanej odsuniętej od radiatora, żeby się nie grzała. Jak widać przy takim podziale do wykonania połączeń pomiędzy blokiem radiatora a płytką potrzebne są tylko 3 przewody. Oczywiście przewody od zacisków laboratoryjnych LOAD+ i LOAD- powinny iść bezpośrednio do bloku radiatora z pominięciem płytki.

    Jak widzisz, kompensacja napięcia niezrównoważenia jest do zrobienia kosztem stosunkowo niewielkiej rozbudowy sieci rezystorowych i według mnie zadziała i zmniejszy błąd nawet jeśli oporniki nie będą jakiejś super jakości (choć pewnie nie obyłoby się bez dobierania w pewnych przypadkach). Jeżeli jednak uważasz, że jest ona niepotrzebna to po prostu wyrzuć ze schematu P14, P15, R14, R15 i R10. Możesz też zmienić sposób regulowania prądu obciążenia, czyli wyrzucić P1, R11, R12, R13 i zastąpić je własnym układem, zapewniam Cię jednak, że tak jak masz zrobione na swoich schematach będzie dużo gorszym rozwiązaniem i żadne zmniejszanie prądu płynącego przez potencjometry nie pomoże. Nie chodzi o nagrzewanie się potencjometru od prądu tylko o to, że wewnątrz obudowy obciążenia w zależności od traconej mocy temperatura będzie się zmieniała, a ścieżki oporowe w potencjometrach mają zazwyczaj współczynnik temperaturowy dużo gorszy od oporników metalizowanych. Do tego dochodzą różne niestabilności mechaniczne, niestabilności kontaktowania suwaka ze ścieżką, itd., dlatego najlepiej wykorzystywać potencjometr jako dzielnik napięcia obciążony dużą impedancją, bo wówczas zarówno współczynnik temperaturowy ścieżki oporowej jak i zmienna oporność styku suwaka ze ścieżką nie odgrywają większej roli.

    0
  • #21 23 Sie 2014 11:04
    noel200
    Poziom 22  

    trymer01 napisał:
    Pisałem o BD137 dlatego, że ten tranzystor zasilany jest z 12V, a więc nie musi wytrzymywać całego napięcia tak jak BD139 tworzący układ Darlingtona, a poza tym dlatego, żeby się z tym drugim nie mylił.

    Aha, czyli 2x BD139 może być? Bo mam takich kilka.

    kspro napisał:
    pomyliłeś stosunek podziału dzielnika 1:3 napięciowy ze stosunkiem oporności. Dla stosunku oporności 1:3 dzielnik dzieli przez 4 a nie przez 3

    A to na wyjściu dzielnika nie miało być 3V?

    kspro napisał:
    Ponadto nie podoba mi się dodatkowy opornik 0.1Ω do pomiaru prądu, gdyż tak jak już pisałem niepotrzebnie podwyższa on minimalne napięcie na zaciskach obciążenia, przy którym układ stabilizuje jeszcze prąd.

    Wczoraj sprawdziłem swój woltomierz i w takim układzie on by nawet nie pracował. Jego masy muszą być połączone. Przeprojektowałem układ tylko go już nie wrzuciłem po późno było:

    Projekt układu sztucznego obciążenia

    kspro napisał:
    Dla pełnej jasności przygotowałem kompletny schemat

    WOW, dzięki wielkie:) Układ wygląda świetnie:)
    Zauważyłem tylko na wyjściu stabilizatora 5V symbol 12V, ale to tylko jest do zasilania woltomierza. Reszta miała być z 12V. I zasilanie wzm. op. też chyba powinno być z VR.
    Muszę wydrukować schemat i powoli analizować z tym co napisałeś, bo połowy rzeczy, które tam siedzą nie rozumiem.

    0
  • #22 23 Sie 2014 18:03
    miegod
    Poziom 14  

    Panowie tym razem wyjaśnię już dokładnie. Wzmacniacz operacyjny LM358 w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego ma typowo wzmocnienie 100000V/V - podaję za notą katalogową TEXAS INSTRUMENTS. Znaczy to dokładnie tyle , że przy 100uV (sto mikrowoltów) na wejściu na wyjściu macie 10V - czyli praktycznie cały zakres napięcia wyjściowego. Opiszę teraz działanie tego układu. Ponieważ na wejściu odwracającym (to oznaczone - ) panuje napięcie bardzo bliskie 0 - jakiekolwiek napięcie troszkę wyższe od 0 (powiedzmy - 1mV) podane na wejście nieodwracające (oznaczone +) da na wyjściu LM 358 100V. Ponieważ wolty nie biorą się nie wiadomo skąd w praktyce będzie to około 11V przy zasilaniu 12V. Wysteruje to w pełni układ nawet przy dość niskich wartościach hFE tranzystorów. Popłynie wtedy prąd , a spadek napięcia na rezystorach emiterowych wysteruje wejście odwracające obniżając napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego do 0 i wyłączając prąd. Opisany cykl będzie się powtarzał z bliżej mi nieznaną częstotliwością. Jakakolwiek regulacja prądu płynącego przez układ teoretycznie jest możliwa przy zakresie regulacji napięć wejściowych od 0 do 100 mikrowoltów (0,1mV). Jest jednak pewien problem - układ ma uśredniony dryft termiczny 7uV/C - każdy oddech w pobliżu będzie demolował nastawy i pomiary. Układ w tej postaci jest równie przydatny jak nóż z ciepłej plasteliny.

    0
  • #23 23 Sie 2014 19:39
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Panowie tym razem wyjaśnię już dokładnie. Wzmacniacz operacyjny LM358 w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego ma typowo wzmocnienie 100000V/V - podaję za notą katalogową TEXAS INSTRUMENTS. Znaczy to dokładnie tyle , że przy 100uV (sto mikrowoltów) na wejściu na wyjściu macie 10V - czyli praktycznie cały zakres napięcia wyjściowego.
    Niektóre wzmacniacze mają nawet i 10V/µV i co to zmienia? im więcej tym lepiej :) pod jednym warunkiem ciekawe czy wiesz jakim?

    Cytat:
    Opiszę teraz działanie tego układu. Ponieważ na wejściu odwracającym (to oznaczone - ) panuje napięcie bardzo bliskie 0 - jakiekolwiek napięcie troszkę wyższe od 0 (powiedzmy - 1mV) podane na wejście nieodwracające (oznaczone +) da na wyjściu LM 358 100V. Ponieważ wolty nie biorą się nie wiadomo skąd w praktyce będzie to około 11V przy zasilaniu 12V. Wysteruje to w pełni układ nawet przy dość niskich wartościach hFE tranzystorów. Popłynie wtedy prąd , a spadek napięcia na rezystorach emiterowych wysteruje wejście odwracające obniżając napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego do 0 i wyłączając prąd.


    Dlaczego w takim razie działa wtórnik napięciowy przecież minimalna zmiana napiecia wyjściowego również przenosi sie na wejście powodując natychmiastową reakcję, w porównaniu z układem z pierwszego postu we wtórniku jednostkowa zmiana napięcia powoduje względnie większą zmianę na wejściu nieodwracającym, dlaczego w nocie katalogowej Texas'a (od LM358) jest układ "Figure 32. High Compliance Current Sink" prawie jak układ z postu #1?

    Cytat:
    Jakakolwiek regulacja prądu płynącego przez układ teoretycznie jest możliwa przy zakresie regulacji napięć wejściowych od 0 do 100 mikrowoltów (0,1mV). Jest jednak pewien problem - układ ma uśredniony dryft termiczny 7uV/C - każdy oddech w pobliżu będzie demolował nastawy i pomiary.

    Jeśli twoja wiedza jest słaba, to ci teraz bardzo namącę w głowie, zobacz jak wygląda rzeczywista charakterystyka przejściowa w pełni sprawnego wzmacniacza operacyjnego, jak widać nawet nie jest to funkcja a czy przeszkadza to wzmacniaczowi w działaniu - ani trochę :) charakterystykę LM358 pokażę ci później bo wygląda jeszcze gorzej.
    Projekt układu sztucznego obciążenia

    Cytat:
    Otwarta pętla sprzężenia zwrotnego czyni ze wzmacniacza operacyjnego komparator. Proponuję lekturę Kulki i Nadachowskiego.
    Która strona? bo sprawdzę w jakim kontekście to napisano, jeśli naprawdę to napisano, bierz pod uwagę że niektórzy mogli przeczytać więcej niż jedną książkę o wzmacniaczach operacyjnych ;)

    miegod Lepiej od razu przyznaj że nie dokońca rozumiesz co sie w takich układach dzieje, więc nie powinieneś doradzać, nie będzie zbędnych kłótni.

    0
  • #24 23 Sie 2014 21:30
    noel200
    Poziom 22  

    miegod napisał:
    Jakakolwiek regulacja prądu płynącego przez układ teoretycznie jest możliwa przy zakresie regulacji napięć wejściowych od 0 do 100 mikrowoltów (0,1mV). Jest jednak pewien problem - układ ma uśredniony dryft termiczny 7uV/C - każdy oddech w pobliżu będzie demolował nastawy i pomiary. Układ w tej postaci jest równie przydatny jak nóż z ciepłej plasteliny.

    W skrócie, czy układ z pierwszego postu będzie według Ciebie działał?

    Dodano po 59 [minuty]:

    Kolego kspro, mam, do Ciebie kilka pytań.
    Nie rozumiem R21 i R31. Napisałeś wcześniej o nich
    kspro napisał:
    Opornik, który proponowałem włączyć pomiędzy bazy a emitery 2N3055, musiałby być w zasadzie dwoma opornikami po jednym dla każdego tranzystora albo pojedynczym opornikiem włączonym od baz do masy. Zwierałby on ewentualny prąd zerowy BD139 tak żeby całe obciążenie, które jest de facto źródłem prądowym, dało się regulować możliwie blisko do zera.

    kspro napisał:
    dobrze byłoby dodać jeszcze jakiś opornik (33-100Ω) pomiędzy bazy a emitery tranzystorów 2N3055 żeby zminimalizować prąd obciążenia gdy jest ono wyłączone.

    Nie rozumiem zjawiska. Gdy obciążenie nie jest podłączone, a na bazy 2N3055 podamy z poprzedniego tranzystora napięcie to całe popłynie przez bazę do masy. Może to tranzystory uszkodzić w przypadku braku napięcia na kolektorach?

    VR to jest 12 V na twoim schemacie? Bo znalazłem w tekście rozbieżności. Na wyjściu stabilizatora jest więc 5Vdc. Rozumiem więc, że tranzystor Q1 jest podłączony pod 12V, ale żeby dzielnik R3/R4 spełniał twoje założenie to nie powinny te rezystory być zamienione miejscami?

    Kolejna sprawa to dzielnik R1/R2. Nie powinien on również zmniejszać napięcia z US1 do nieco ponad 1V skoro tyle wystarcza do pełnego wysterowania tranzystora typu BD13x?

    Wnioskuję właśnie po dzielniku R11/R12 i R13, że VR to 12VDC.

    I ostatnia sprawa z częścią wzmacniacza doprowadzającego sygnał do amperomierza.
    Czy podłączenia do nóżek 5 i 6 nie powinny być zamienione? Przy wzroście prądu płynącego przez rezystory R23 i R33 napięcie na wejściu odwracającym będzie rosło względem masy, więc wyjście będzie dążyć do zera. Mam rację?
    Pozdrawiam

    0
  • #25 23 Sie 2014 21:50
    miegod
    Poziom 14  

    Nic nie zmienia - nie pracują w otwartej pętli. Wtórnik napięciowy ma wzmocnienie napięciowe mniejsze od 1. Proszę spróbować zrobić wtórnik napięciowy na LF411 chociażby , albo którymś z niskoszumnych NE55xx. Na czym polega to "prawie"? Bo w przeglądanej nocie najwyższym rysunkiem jest 16.A według mnie żaden z podanych układów nie zadziała jako ekwiwalent obciążenia - a co najmniej nie tak, aby był przydatny. Co do książek - to akurat nie mam ochoty ich wertować - bo akurat to wiem na pewno.

    0
  • Pomocny post
    #26 23 Sie 2014 22:36
    kspro
    Poziom 27  

    Właśnie dodawałem do mojego wcześniejszego postu ze schematem odpowiedzi, które miały rozwiać resztę Twoich wątpliwości, kiedy zobaczyłem, że znów się odezwałeś z następną porcją pytań, więc widzę, że nie uda mi się sztuczka z nie mnożeniem postów. Najpierw odpowiedzi na wcześniejsze pytania, bo mam je już napisane.

    Tak, możesz użyć BD139 zamiast BD137 jako Q1, równie dobrze mógłbyś użyć też BD135. Te tranzystory różnią się tylko dopuszczalnym napięciem VCEO: BD135 - 45V, BD137 - 60V, BD139 - 80V.
    Na wyjściu dzielnika miało być do 3V, to prawda, ale na wyjściu wzmacniacza LM358 zasilanego z 12V przy obciążeniu 2kΩ dołączonym do masy może pojawić się góra 10.5V, więc podział napięcia przez 4 to już za dużo. Zresztą już nieco zmniejszyłem ten podział (z 3 na 2.5), bo dla ograniczenia prądu trzeba było wstawić R3 pomiędzy emiter Q1 i bazę Darlingtona. Teraz zakładając tak jak poprzednio, że przy prądzie 10A spadek na opornikach 0.1Ω wynosi 0.5V a łączne napięcie baza-emiter Darlingtona i Q1 wynosi 2.5V, trzeba uwzględnić jeszcze spadek na R3, który dla 100Ω i prądu 10mA wynosi 1V, a więc łącznie wychodzi, że na bazie Q1 będzie 4V. Stąd konieczność zmniejszenia stosunku podziału dzielnika R2/R1 z 3 na 2.5V/V.
    Zastosowałem oznaczenie VR zamiast +5V żeby podkreślić, że jest to napięcie referencyjne a nie jakieś zasilanie. Napięcie referencyjne mogłoby być niższe, na przykład można by zrobić 2.5V na TL431 lub 1.2V na LM385, ale Twój pierwotny zamiar użycia stabilizatora 5V nie jest taki zły, więc tak zostawiłem, bo jeżeli taki stabilizator jest obciążony stałym, niezmieniającym się prądem, do tego małym (tyle co potencjometry) i jeszcze zasilany ze stabilizowanego napięcia 12V to stabilizacja napięcia VR powinna być bardzo dobra. Stabilizator 5V narysowany jest dobrze: +12V podawane na VI (INPUT) i VR pobierane z VO (OUTPUT), na numerację nóżek nie patrz, bo jest nietypowa. Natomiast wzmacniacz LM358 powinien być zasilany z 12V, najlepiej stabilizowanego (to już pominąłem na moim schemacie), zresztą znów kierowałem się Twoim oryginalnym pomysłem. Co prawda można by obniżyć to napięcie do 10V czy nawet 9V jednocześnie zmniejszając odpowiednio podział dzielnika, ale jak już pisałem im wyższy podział dzielnika tym mniejsza podatność układu na wzbudzenie, więc lepiej niech zostanie tak jak jest.
    Przy okazji dodam jeszcze, że dokładność działania całego układu najbardziej zależy od wartości oporników R11, R12, R13, R5, R23, R33, R7, R8 oraz R10, R14 i R15, więc te oporniki powinny być jak najbardziej dokładne i stabilne temperaturowo. Wątpię jednak byś łatwo dostał precyzyjne oporniki 4.7MΩ, więc zwykłe będą musiały wystarczyć, na szczęście nie mają one większego wpływu na wzmocnienie a tylko na kompensację napięć niezrównoważenia. Tak samo R23 i R33 drutowe na 5W najprawdopodobniej nie będą miały idealnie 0.1Ω, więc napięcie na sumatorze nie będzie wynosiło dokładnie 50mV/A, co trzeba będzie jakoś skorygować. Można na przykład zamiast 2x0.1Ω użyć nieco większych (fabrycznych 0.12Ω albo wybieranych z 0.1Ω czy z dołożonym szeregowo kawałkiem drutu) a potem obniżyć napięcie za sumatorem do pożądanej wartości dokładając do punktu połączenia R22 i R23 dodatkowy dobierany opornik do masy. Można też skorygować odchyłkę od 0.1Ω poprzez zmianę podziału dzielnika za potencjometrem P1 z jednoczesną zmianą wzmocnienia wzmacniacza U1B, ale to chyba jest gorsze rozwiązanie, bo więcej elementów jednocześnie trzeba by zmienić.

    A teraz odpowiedzi na drugą porcję pytań.
    Oporniki R21 i R31 są potrzebne z dwóch powodów: po pierwsze żeby zewrzeć prąd ICEO tranzystora Q11 BD139, a po drugie żeby przyspieszyć proces wyłączania się tranzystorów 2N3055. Prąd ICEO to jest prąd zerowy (resztkowy) kolektora, który płynie nawet wtedy gdy baza jest rozwarta po prostu dlatego, że tranzystor jest nieidealny. Dla tranzystorów krzemowych jest on zazwyczaj mały, na poziomie drobnego ułamka mA, ale przy podwyższonej temperaturze może być już większy. Tak zresztą się definiuje wytrzymałość napięciową, czyli VCEO, jako napięcie, przy którym ICEO nie przekracza założonej wartości. Akurat w katalogu, który wziąłem do ręki, dla BD139 zamiast prądu ICEO podawany jest ICBO, czyli prąd kolektor-baza przy rozwartym emiterze (wynoszący 100nA przy UCE=30V i 25°C i aż 100µA przy 125°C, czyli 1000 razy więcej), ale podano go dla BD201 (60W, 45V, 8A) i przy UCE=30V i 25°C wynosi on ICEO=1mA, a więc całkiem sporo. Bez oporników R21 i R23 ten prąd wpłynąłby w bazy 2N3055 i pomnożony przez β spowodował jakieś tam przewodzenie nawet w sytuacji kiedy potencjometr jest skręcony na zero i napięcie na wyjściu wzmacniacza jest niskie, a tak oporności 100Ω zwierają ten prąd, nic w bazy 2N3055 nie wpływa i płyną jedynie prądy zerowe samych 2N3055 (ale na to już nie ma rady). W ten sam sposób prąd zerowy Q1 jest zwierany do masy przez R3 i R4, inaczej wpłynąłby on w bazę Q11 i uległ wzmocnieniu. Mam nadzieję, że to jest jasne.
    Drugim powodem jest przyspieszanie wyłączania tranzystorów Darlingtona. Gdy Q1 przewodzi, bo jest wysterowany przez wzmacniacz, to daje w bazę Q11 tyle prądu ile trzeba albo i więcej (jedynym ograniczeniem jest oporność R3), tak więc włączyć Q11 można całkiem szybko, a poprzez niego także Q21 i Q23. Ale w tranzystorach bipolarnych istnieje coś takiego jak ładunek nośników skumulowany w obszarze bazy podczas przewodzenia, i gdy trzeba tranzystor szybko wyłączyć (lub choćby tylko zmniejszyć prąd kolektora) to należy bazę z tego ładunku możliwie szybko opróżnić (lub choćby częściowo przy zmianie prądu). Samo zatkanie Q1 niczego nie załatwia, to tak jakby zrobić przerwę w obwodzie bazy Q11, dopiero obecność R3 i R4 pozwala na wypływ tego ładunku z bazy do masy. Podobnie zatkanie Q11 niczego nie załatwia w stosunku do tranzystorów 2N3055, dopiero R21 i R22 rozładowują ładunek ich baz. Oczywiście im mniejsze oporności tym szybsze wyłączanie tranzystorów ale jednocześnie większe obciążenie dla stopni poprzedzających, więc potrzebny jest tu rozsądny kompromis. Bez tych oporności bazy też by się rozładowały, bo ich ładunki weszłyby w skład prądu kolektora, ale proces byłby wolniejszy.
    Bardzo możliwe, że w przypadku obciążenia pracującego "analogowo" ten drugi powód nie jest aż tak istotny jak pierwszy, ale na pewno ma on szczególne znaczenie przy kluczowaniu tranzystorów impulsowych, gdzie szybkie przełączanie jest istotne do tego stopnia, że przy wyłączaniu na bazy podaje się przez opornik nawet napięcia ujemne żeby je szybciej rozładować. Niezależnie od tego na ile moje tłumaczenie jest poprawne, włączanie takich oporników pomiędzy bazę a emiter jest regułą. Zobacz sobie datasheet jakiegoś Darlingtona, choćby takiego jak BD645 (62.5W, 60V, 8A), tam jest podany jego wewnętrzny schemat zawierający oporniki włączone pomiędzy bazy a emitery: 5kΩ dla górnego tranzystora i 120Ω dla dolnego. Prawie że odruchowo zrobiłem tak samo.
    To nie ma nic wspólnego z zabezpieczaniem w sytuacji braku napięcia na zaciskach obciążenia, to ma na celu zminimalizowanie prądu zerowego Darlingtona, który płynie poza kontrolą wzmacniacza operacyjnego. Gdy napięcia na zaciskach obciążenia nie ma lub jest zbyt małe, to oczywiście wzmacniacz operacyjny zwiększy napięcie na swoim wyjściu aż do maximum, czyli około 10.5V. Dzielnik R1/R2 podzieli to przez 2.5, czyli na bazie Q1 będzie około 4.2V i gdyby nie oporność R3 to nie byłoby ograniczenia na prąd płynący jak przez zwykłe diody przez złącza B-E Q11 oraz Q21 i Q31 równolegle, w rezultacie czego tranzystor Q1 uległby zniszczeniu (i pozostałe być może też jeśli Q1 zwarłby się). A tak prąd Q1 zostanie ograniczony przez oporność R3 do wartości w granicach 20-25mA, czyli raptem 2 razy większej niż przy normalnej pracy obciążenia z prądem 10A. To oczywiście tylko oszacowanie, wszystko zależy od tego jaki będzie spadek napięcia na złączach B-E Q11, Q21 i Q31 przy prądzie rzędu 20mA, bo na opornikach 0.1Ω nie odłoży się praktycznie nic.

    O napięciu VR już pisałem, że to napięcie referencyjne +5V, dzielnik R11/R12+R13 dzieli przez 10, tak żeby na wejściu wzmacniacza otrzymać zakres od 0 do 0.5V, więc nie wiem dlaczego masz jakieś wątpliwości. Odnośnie dzielnika R1/R2 też napisałeś jakoś dziwnie. Przecież gdyby na wyjściu tego dzielnika napięcie dochodziło tylko do 1V, to Q1 byłby wysterowany ale Q11 i 2N3055 już nie, bo na emiterze Q1 byłoby nie więcej niż 0.4V a to mniej niż typowe UBE=0.6-0.7V podczas normalnej pracy tranzystora. Mam nadzieję, że to jest jasne, więcej nie będę tłumaczyć zakładając, że pytanie wynikło z chwilowej niedyspozycji.
    A ta się trafia każdemu, bo masz rację co do nóżek 5 i 6 LM358, wejścia odwracające i nieodwracające U1B rzeczywiście są zamienione miejscami. Tak się cieszyłem, że taki ładny schemacik zrobiłem, a tu taki głupi błąd! Niech to szlag! Mam poprawić?

    0
  • #27 24 Sie 2014 22:22
    noel200
    Poziom 22  

    kspro napisał:
    ale Twój pierwotny zamiar użycia stabilizatora 5V nie jest taki zły, więc tak zostawiłem, bo jeżeli taki stabilizator jest obciążony stałym, niezmieniającym się prądem, do tego małym (tyle co potencjometry) i jeszcze zasilany ze stabilizowanego napięcia 12V to stabilizacja napięcia VR powinna być bardzo dobra.

    Tylko, że u mnie stabilizator 5V siedział za zasilania woltomierza cyfrowego i tam obciążenie nie jest stałe. Ale wstawię drugi, taki na 1A oddzielnie na sam woltomierz bo ten 0,1A i tak się mocno grzał. Ten mały więc zostanie dla VR.

    kspro napisał:
    Stabilizator 5V narysowany jest dobrze: +12V podawane na VI (INPUT) i VR pobierane z VO (OUTPUT), na numerację nóżek nie patrz, bo jest nietypowa.

    Fakt, nie spojrzałem na oznaczenia. Domyślnie przyjąłem, że z lewej jest IN a z prawej OUT. Mój błąd.

    kspro napisał:
    Oporniki R21 i R31 są potrzebne z dwóch powodów: ............

    Rozpisałeś się. Teraz już rozumiem to dokładnie. Dziękuję.

    kspro napisał:
    O napięciu VR już pisałem, że to napięcie referencyjne +5V, dzielnik R11/R12+R13 dzieli przez 10, tak żeby na wejściu wzmacniacza otrzymać zakres od 0 do 0.5V, więc nie wiem dlaczego masz jakieś wątpliwości.

    Pomyliłem się w obliczeniach max napięcia, które może się pojawić na wejściu odwracającym wzmacniacza. Kolejny mój błąd.

    kspro napisał:
    A ta się trafia każdemu, bo masz rację co do nóżek 5 i 6 LM358, wejścia odwracające i nieodwracające U1B rzeczywiście są zamienione miejscami. Tak się cieszyłem, że taki ładny schemacik zrobiłem, a tu taki głupi błąd! Niech to szlag! Mam poprawić?

    Absolutnie nie trzeba.

    kspro napisał:
    Odnośnie dzielnika R1/R2 też napisałeś jakoś dziwnie. Przecież gdyby na wyjściu tego dzielnika napięcie dochodziło tylko do 1V, to Q1 byłby wysterowany ale Q11 i 2N3055 już nie, bo na emiterze Q1 byłoby nie więcej niż 0.4V a to mniej niż typowe UBE=0.6-0.7V podczas normalnej pracy tranzystora.

    Jak napisałeś Q1 byłby wysterowany. Dlaczego więc na emiterze byłoby nie więcej niż 0,4V to nie rozumiem. Zrobiłem symulację i okazało się, że masz rację. Ale nie wiem dlaczego tak jest.
    Tak w ogóle to wielkie dzięki kolego kspro. Nie wiem czy z racji oczekiwań robić tak skomplikowany układ (jak na moje możliwości i wiedzę). Nie potrzebuję takiej dokładności.
    Układ z pierwszego postu działał w moim mniemaniu nie najgorzej. Oczywiście po waszym zweryfikowaniu nie jest tak dobrze ja myślałem, ale jednak działało, choć niektórzy twierdzili, że to nie możliwe.
    Myślę, że układ z postu 20 trochę uproszczę i wykonam. Na pewno zostanie C1, układ w darlingtonie i Q1. R21 i R31 o odpowiedniej mocy i wartości nie dysponuję, ale wstawię w układ i będzie miejsce na płytce do wlutowania. Dzielniki rezystorowe też zostaną jak jest skoro działają, choć nie do końca je rozumiem.
    Zastanawiam się nad układem niwelującym niezrównoważenie wejść wzmacniacza. Czy to jest mi konieczne. Układ ma z założeń pracować do 10A. Niwelowanie niezrównoważenia miałoby szczególne znaczenie (jeśli dobrze rozumiem) przy pracy bardzo blisko zera, na niewielkich wartościach. Układ do pracy poniżej 100mA nie jest przeznaczony. Nie widzę zastosowania go przy takich prądach.

    0
  • #28 25 Sie 2014 01:05
    kspro
    Poziom 27  

    noel200 napisał:
    Jak napisałeś Q1 byłby wysterowany. Dlaczego więc na emiterze byłoby nie więcej niż 0,4V to nie rozumiem. Zrobiłem symulację i okazało się, że masz rację. Ale nie wiem dlaczego tak jest.
    Jest tak dlatego, że tranzystor w najprostszym ujęciu składa się jakby z diody w postaci złącza baza-emiter oraz obwodu kolektor-emiter, przez który płynie prąd β razy większy niż przez bazę. Jeżeli mamy tranzystor włączony w obwód tak jak w przypadku Q1, czyli z jakimś opornikiem R od emitera do masy, i podamy mu na bazę napięcie UB=1V, to przez emiter będzie płynął prąd o takim natężeniu IE, że napięcie baza-emiter UBE = UB - IE•R będzie akurat takie żeby spowodować płynięcie tego prądu IE. Prąd sam się ustabilizuje: jeśli byłby za mały (lub za duży) to natychmiast wzrośnie (zmaleje) napięcie UBE i co za tym idzie prąd bazy i emitera aż do osiągnięcia równowagi.
    Charakterystyka napięciowo-prądowa diody (a konkretnie idealnego złącza P-N) opisana jest zależnością:
    I = IS * (exp U/UT - 1)
    gdzie I - prąd diody, U - napięcie diody, IS - prąd nasycenia złącza,
    UT = kT/q - potencjał termodynamiczny (k - stała Boltzmanna, T - temperatura [K], q - ładunek elektronu)
    Charakterystyka odwrotna:
    U = UT * ln (I/IS + 1)
    Charakterystyka ta dotyczy idealnego złącza z cienką bazą (cokolwiek by to znaczyło), w rzeczywistości zarówno prąd nasycenia jak i potencjał termodynamiczny zależą od technologii wykonania złącza, koncentracji domieszek, profilu domieszkowania, itp. Na przykład prąd nasycenia zależy głównie od powierzchni złącza (dużej w przypadku diody prostowniczej) a potencjał termodynamiczny może zawierać jeszcze dodatkowy czynnik choć zazwyczaj przyjmuje się, że w temperaturze pokojowej wynosi on około 25mV i takie założenie w praktyce wystarcza do obliczeń czy oszacowań.
    Wartość prądu nasycenia IS jest bardzo mała, jednak przy wzroście napięcia U prąd I złącza rośnie bardzo szybko, bo co każde 25mV wzrasta e=2.72 razy, a co każde 100mV jakieś 50-55 razy, by wreszcie osiągnąć 1mA przy napięciu 0.5-0.7V w zależności od typu diody (dioda mocy przewodzi ten sam prąd przy niższym napięciu niż dioda małosygnałowa, bo ma większą powierzchnię, czyli składa się tak jakby z dużej ilości małych diod połączonych równolegle, z których każda przewodzi tylko ułamek prądu).
    Dla tranzystorów krzemowych małej mocy zazwyczaj do obliczeń przyjmuje się, że napięcie przewodzenia baza-emiter wynosi 0.6-0.7V a wahania spowodowane zmianami prądu kolektora i odpowiadającym im zmianom prądu bazy są niewielkie. Stąd właśnie napisałem, że napięcie na emiterze będzie o 0.6V niższe niż na bazie, a więc około 0.4V, mam nadzieję, że to jasne. Podobnie szacując w ten sam sposób określiłem łączne napięcie od bazy Q1 do emiterów Q21 i Q31 na 2.5V, przy czym założyłem, że dla 2N3055 UBE jest nieco wyższe i wynosi nieco ponad 1V, bo jego prąd bazy znaczny. Teraz zajrzałem do katalogu i z wykresów IC=f(UBE) wynika, że przy prądzie 5A może sięgać nawet 1.2V, więc chyba nie pomyliłem się zbytnio. Dla BD139 nie chciało mi się sprawdzać, choć może powinienem. Wyjdzie w praniu, co najwyżej się okaże, że obciążenie nie osiąga zakładanego prądu 10A i wówczas trzeba będzie nieco zmodyfikować dzielnik R1/R2.
    Co innego jednak przyszło mi do głowy, a mianowicie czy Q11 wytrzyma cieplnie sterowanie obu 2N3055. BD139 ma moc strat tylko 8W, jeżeli β tranzystorów 2N3055 będzie zbyt niska i przez BD139 będzie płynął prąd powiedzmy 0.5A, to napięcie na nim i na całym obciążeniu nie będzie mogło być wyższe niż 16V nawet przy idealnym chłodzeniu. W związku z tym zastanawiam się, czy nie lepiej i bezpieczniej byłoby użyć jako Q11 jakiegoś tranzystora w obudowie TO220 z mocą strat 40W lub więcej.
    Ponadto z tego co pisałeś na początku wynika, że masz dwa radiatory z pojedynczym 2N3055 a nie jeden z dwoma 2N3055, jeśli tak to montaż Q11 wraz z 2N3055 i opornikami na wspólnym radiatorze, tak jak chciałem przedtem, jest po prostu niemożliwy. W takiej sytuacji lepiej jest przerobić układ pod te dwa radiatory żeby nie plątać się z kablami.
    Zamieszczam dwa schematy. Pierwszy to poprawiona wersja z dołożonym opornikiem do kompensacji oporności 0.1Ω tak jak opisywałem, a drugi to wersja na dwa radiatory. Mam nadzieję, że tym razem się nie rąbnąłem.
    Projekt układu sztucznego obciążenia Projekt układu sztucznego obciążenia
    Na pierwszym schemacie oprócz poprawienia nóżek wzmacniacza dołożyłem opornik R20, który także powinien być zamontowany zaraz na radiatorze. Jego wartość jest przykładowa, trzeba ją będzie dobrać tak aby osiągnąć współczynnik możliwie bliski 50mV/A, tak jak zakłada reszta projektu.
    Na drugim schemacie narysowałem dwa radiatory z dwoma BD139 sterującymi po jednym 2N3055 każdy, a więc pracującymi z dwa razy mniejszym prądem, co zmniejsza groźbę przegrzania. Co prawda zmieniłem numerację elementów na radiatorach a układ sumatora (właściwie uśredniacza) przerzuciłem na płytkę drukowaną, ale zasada działania pozostała ta sama. Myślę, że to rozwiązanie może być lepsze i praktyczniejsze w budowie od poprzedniego, do tego umożliwiające pracę z większym zakresem napięć i prądów. Istotne jest połączenie przewodów masy: oba radiatory powinny być połączone do wspólnego punktu przy zacisku LOAD- przewodami o jednakowej długości, jednocześnie do tego samego wspólnego punktu cieńszym przewodem powinna być dołączona masa płytki. W ten sposób sumator na płytce będzie widział nie zafałszowane niczym napięcia a oporności przewodów masy radiatorów (kilkanaście mΩ) niejako doliczą się w jednakowym stopniu do oporności 0.1Ω, więc nie będzie problemu z uzyskaniem właściwego 50mV/A współczynnika. Dla pełnej symetrii przewody od radiatorów do zacisku LOAD+ również powinny być jednakowej długości, choć to już jest nie aż tak istotne.

    Nie jestem pewien czy dobrze zrozumiałem, ale wspomniałeś coś o mocy oporników R21 i R31, czyli 100Ω przy 2N3055. Nie ma z nimi problemu, bo na nich występować będzie napięcie UBE 2N3055 nie większe niż 1.2V, więc moc nie przekroczy 15mW. Typowe małe oporniki 250mW całkowicie wystarczą, zamontuj je wprost na nogach 2N3055. Jeszcze na koniec rada dotycząca płytki drukowanej. Nie upraszczaj niczego bez potrzeby, zaprojektuj płytkę tak jakby wszystko miało być, co najwyżej nie wlutujesz elementów do kompensacji napięć niezrównoważenia. Jako P14 i P15 wystarczą zwykłe potencjometry montażowe jednoobrotowe, mogą mieć inną wartość (10-100kΩ). Jeżeli nie masz precyzyjnych oporników to na razie wstaw zwykłe, co najwyżej przebrane miernikiem pod kątem równych wartości lub skorygowane dodatkowym opornikiem dołączonym szeregowo lub równolegle. Jeżeli kiedyś w przyszłości dostaniesz takie oporniki jak trzeba to wówczas będziesz mógł je wstawić i podrasować obciążenie, ale jeśli już teraz z czegoś zrezygnujesz to nie będziesz mógł tego zrobić inaczej jak tylko robiąc całą płytkę od nowa.
    No, to już chyba wszystko. Powodzenia!

    0
  • #29 25 Sie 2014 21:32
    noel200
    Poziom 22  

    Ostro, jeszcze raz dziękuję, Układ wygląda świetnie i wiele znów mi wyjaśniłeś.
    Zrobię jak radzisz, żeby płytkę zaprojektować z wszystkimi elementami, ale na razie pewnych nie wlutowywać. Nawet rano miałem chwilę i zacząłem tak robić. Tak samo z uwagami odnośnie montażu i zmianą na dwa tranzystory Bd139. Dzięki wielkie raz jeszcze. Obudowa i kilka innych części już do mnie jedzie. Jak złożę całość to się pochwalę.
    Pozdrawiam

    0