Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
TermopastyTermopasty
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki

Urgon 18 May 2021 11:48 3642 68
  • Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki
    Jak wspomniałem wcześniej, tanie multimetry posiadają funkcję pomiaru wzmocnienia tranzystorów o wątpliwej przydatności i nikczemnie niskiej dokładności. Ale czasem przydałaby się możliwość sparowania tranzystorów do takich układów, jak pary różnicowe czy precyzyjne lustra prądowe. Tylko jak to zrobić dokładnie?
    Istnieje kilka gotowych rozwiązań, ale większość z nich opiera się na wykorzystaniu zewnętrznego miernika, kilku wzmacniaczy operacyjnych i garści elementów pasywnych by stworzyć analogowy miernik wzmocnienia i napięcia Vbe. Układy te choć na pierwszy rzut oka dobre, charakteryzują się mimo wszystko niską precyzją pomiaru, wymagają zasilania symetrycznego i dodatkowej kalibracji. Nie wspominając już o tym, że w praktyce potrzeba dwóch oddzielnych układów do testowania tranzystorów NPN i PNP. Przedstawione poniżej rozwiązanie pozwala w łatwy sposób porównywać pary tranzystorów, a opisany w dalszej części układ oferuje znacznie lepsze parametry od powszechnie stosowanych rozwiązań amatorskich.

    Porównywanie tranzystorów bipolarnych pod kątem wzmocnienia i Vbe metodą "ręczną".

    Przedstawiony poniżej układ pozwala w łatwy sposób porównać dwa tranzystory z użyciem w miarę przyzwoitego woltomierza. Warunkiem jednak jest posiadanie dwóch par rezystorów o jak najdokładniej zmierzonych i sparowanych rezystancjach. Takie rezystory można zmierzyć i dobrać w warunkach domowych mając wystarczająco dokładny multimetr, lub ewentualnie poprosić o pomoc elektronika z dużo lepszym miernikiem. Można też kupić rezystory o precyzji 0,01% w zagranicznych sklepach, choć ich ceny bywają znaczne. Przejdźmy zatem do schematu:

    Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki


    R1 i R2 zasilają kolektory tranzystorów, R3 i R4 dostarczają do baz prąd o wartości:
    $$Ib = \frac{Vcc - Vbe}{100kΩ}$$
    Prąd kolektora wynosi:
    $$Ic = Ib * β$$
    Na rezystorze kolektora będzie spadek napięcia:
    $$Uc = Vcc - \frac{Ic}{10Ω}$$
    Miernik MR2 podaje różnicę między VbeQ1 i VbeQ2, Miernik MR1 zaś różnicę między UcQ1 i UcQ2.
    Procedura segregowania tranzystorów powinna zacząć się od porównywania ich pod kątem Vbe (pomiar miliwoltomierzem włączonym jak MR2). Jeśli biegun dodatni miernika jest podłączony do bazy Q1, to wynik dodatni wskaże, iż VbeQ1 jest wyższe od VbeQ2. Potem można sortować tranzystory pod kątem wzmocnienia w obrębie grupy o tym samym Vbe. Wtedy, jeśli miliwoltomierz jest wpięty jak MR1 plusem do Q1, a wynik pomiaru jest dodatni, to Q2 ma większe wzmocnienie prądowe z powodu większego spadku napięcia na R2.
    A jak chcemy porównać tranzystory PNP? Wystarczy odwrócić polaryzację zasilania, jak na schemacie poniżej:

    Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki


    Wszystko mierzy się tak samo, jak w przypadku tranzystorów NPN, i z taką samą dokładnością.
    No dobrze, ale co, jeśli chcemy poznać wartość Vbe i β? Vbe mierzymy po prostu włączając miernik między bazę i emiter. Może być konieczność wzięcia poprawki na impedancję miernika. Potem mierzymy spadek napięcia na rezystorze kolektora i podstawiamy do wzoru:
    $$β = \frac{Ic}{Ib} = \frac{\frac{Uc}{10Ω}}{\frac{Vcc - Vbe}{100kΩ}}$$

    Bardzo dokładny przyrząd porównujący Vbe i wzmocnienie tranzystorów

    Spójrzmy na pierwszy schemat przedstawiający sekcję pomiarową:

    Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki


    Do gniazd J1 i J2 podłączone są tranzystory, które mają być porównane. Przekaźnik K2 sterowany mikrokontrolerem pozwala wybrać polaryzację układu, a zatem czy badane są tranzystory NPN, czy PNP. Przekaźnik K1 za to ustala, czy mierzymy różnicowy prąd kolektora, czy różnicowe napięcie Vbe. Kondensatory C1 i C2 stabilizują napięcia Vbe.
    Za pomiar odpowiedzialny jest układ MCP3551, 22-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy typu Delta-Sigma. Jako wynik pomiaru podaje napięcie różnicowe między swoimi wejściami. Impedancja między tymi wejściami wynosi 2,4MΩ. Przejdźmy teraz do sekcji zasilania:

    Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki


    Układ U1, ADR4540 to precyzyjne źródło napięcia odniesienia o wartości 4,096V. To napięcie trafia na wejście Vref MCP3551. U2 to precyzyjny wzmacniacz LT1097 pracujący jako wtórnik napięcia z tranzystorem MOSFET-N 2N7002. Generuje on napięcie 4,096V dla układu pomiarowego. Kondensatory C1-C4 pełnią funkcję filtrów. Konfiguracja taka znajduje się w nocie ADR45xx, ale tam rekomendowany jest dużo droższy i trudnodostępny wzmacniacz operacyjny AD8663. LT1097 ma jednak mniejszy błąd niezrównoważenia napięć wejściowych i opcję jego kompensacji.

    Zasada porównywania testowanych tranzystorów jest dokładnie taka sama, jak w przypadku metody "ręcznej". MCP3551 może wskazać różnice między Vbe i β badanych tranzystorów z dokładnością do około 1µV. Jeśli umieścimy tylko jeden tranzystor w takim testerze, będzie możliwy pomiar jego Vbe i β korzystając z faktu, iż jedno z wejść przetwornika będzie na potencjale Vcc o wartości 4,096V dla tranzystorów NPN, albo masy dla tranzystorów PNP.

    Ulepszenia dla poprawy dokładności pomiaru

    Układ można ulepszyć na kilka sposobów:

    1. Przełączane rezystory Rb.
    Dokładając przekaźnik można pokusić się o drugi rezystor o wartości 10kΩ albo 10MΩ. Mniejszy rezystor będzie dobry do parowania tranzystorów o małym wzmocnieniu, większy zaś sprawdzi się w przypadku tranzystorów Darlingtona lub Sziklaiego.

    2. Wtórniki napięcia na bazie LT1097 dla wejść MCP3551.
    Impedancja wejściowa LT1097 w konfiguracji wtórnika napięcia wyniesie 8*10^17Ω omów. Przetwornik ADC będzie w praktyce odizolowany od badanych tranzystorów, co powinno poprawić dokładność pomiaru.

    3. Potencjometry kasowania błędu niezrównoważenia wejść.
    Dodanie ich do wszystkich wzmacniaczy LT1097 oraz regulacja pozwolą jeszcze bardziej zwiększyć orecyzję pomiaru układu.

    4. "Piekarnik" dla badanych tranzystorów
    Małe pudełko wyłożone styropianem, w którym znajdą się tranzystory na czas badania. Między nimi termistor, a wokół grzałka. Prosty termostat powinien utrzymywać stałą temperaturę, przynajmniej 50 stopni Celsjusza. Dodatkowy sygnał dla mikrokontrolera poinformuje go, kiedy temperatura w pojemniku jest stabilna. Spowolni to proces pomiaru, bo przy każdym otwarciu pojemnika temperatura w nim spadnie, ale zwiększy jego dokładność, bo wszystkie tranzystory będą badane w tej samej temperaturze.

    5. Skalibrowanie ADR4540 i MCP3551
    Potrzebny będzie dokładny pomiar Vref i Vcc w układzie, a także podłączenie do wejść MCP3551 (przed wlutowaniem przekaźnika K1) źródła napięcia testowego i zmierzenie błędów pomiarowych przetwornika. Wszystkie te wartości, a także dokładne wartości R1, R2, R3 i R4 trzeba uwzględnić w programie mikrokontrolera.

    Szacowane koszty kluczowych elementów:
    LT1097 x 3 - 60PLN
    MCP3551 - 19PLN
    ADR4540 - 43PLN
    Reszta będzie kosztować na oko kolejne 30-50PLN + koszty wysyłki.

    Zatem czy ktoś z Was jest gotów zaprojektować i zbudować takie urządzenie? Czy bylibyście w ogóle zainteresowani taką porównywarką tranzystorów?
    Napiszcie.

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    Urgon
    Editor
    Offline 
  • TermopastyTermopasty
  • #2
    jarek_lnx
    Level 43  
    Zmierzenie przykładowo 100 tranzystorów będzie wymagało sporo dodatkowej pracy - zapisywania pomiarów i ustalenia które z nich są najbliżej ewentualnie podziału na grupy (a wcześniej wyboru wielkości grupy) najlepiej żeby zrobił od razu to soft na mikrokontrolerze, ewentualnie wysłanie do PC który wyrysuje histogram.

    Pytanie co nam da dokładny miernik "niedokładnego" parametru, czy tranzystory różniące się o 1% to dużo czy mało - to zależy od rozkładu parametrów dla większej grupy, czy będą tak blisko żeby się dało wybrać lepsze?

    Początkujący, którzy słabo rozumieją działanie układów, często chcieli by wykonać każdą czynność najlepiej, najdokładniej jak się da, doświadczonym wystarczy dojście do poziomu kiedy rozrzut pozostałych parametrów nie pozwala na lepszą optymalizację. W docelowym układzie różnice Uce powodują zmiany Ube oraz bety.
  • #3
    kazikszach
    Level 35  
    Dokładności pomiaru, której proponujesz nie da się uzyskać.
    Tranzystory badane powinny mieć identyczną temperaturę, co trudno uzyskać, więc pomiar będzie obarczony błędem.
    Pytanie, do czego są potrzebne tak identyczne tranzystory?
  • #4
    jarek_lnx
    Level 43  
    kazikszach wrote:
    Tranzystory badane powinny mieć identyczną temperaturę, co trudno uzyskać, więc pomiar będzie obarczony błędem.
    Trzeba je wkładać do podstawki nie dotykając i dobrze było by nie oddychać podczas pomiaru bo 1°C to -2mV :)
  • TermopastyTermopasty
  • #5
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Można przyjąć, że dwa tranzystory obok siebie będą miały praktycznie taką samą temperaturę. Można dodać "piekarnik" (pkt. 4.) albo wentylator by ustabilizować temperaturę i ograniczyć wpływ dotykania tranzystorów, oddechu pochylającego się nad urządzeniem elektronika, etc.

    A po co? Do budowy precyzyjnych wzmacniaczy, generatorów VCO dla syntezatorów, i pewnie wielu innych układów, których jeszcze nie znam, ale jarek_lnx może znać. W świecie audiofilskim (audiovoodoo, jak kto woli) identyczna para różnicowa oraz identyczne tranzystory w lustrze prądowym polaryzującym tę parę to kluczowa sprawa. Nie mówiąc o identycznej parze komplementarnej. Ponoć bez tego wzmacniacz gra "krzywo"...
  • #6
    kazikszach
    Level 35  
    Urgon wrote:
    A po co? Do budowy precyzyjnych wzmacniaczy, generatorów VCO dla syntezatorów, i pewnie wielu innych układów, których jeszcze nie znam, ale jarek_lnx może znać. W świecie audiofilskim (audiovoodoo, jak kto woli) identyczna para różnicowa oraz identyczne tranzystory w lustrze prądowym polaryzującym tę parę to kluczowa sprawa. Nie mówiąc o identycznej parze komplementarnej. Ponoć bez tego wzmacniacz gra "krzywo"...

    Bardzo pięknie, tylko parujesz tranzystory w jednym punkcie oderwanym od rzeczywistych parametrów ich pracy.
    Żeby uzyskać to co piszesz, to powinny być parowane dla rzeczywistych punktów pracy, czyli Ice i Uce.
  • #7
    jarek_lnx
    Level 43  
    Urgon wrote:
    A po co? Do budowy precyzyjnych wzmacniaczy, generatorów VCO dla syntezatorów, i pewnie wielu innych układów, których jeszcze nie znam, ale jarek_lnx może znać. W świecie audiofilskim (audiovoodoo, jak kto woli) identyczna para różnicowa oraz identyczne tranzystory w lustrze prądowym polaryzującym tę parę to kluczowa sprawa. Nie mówiąc o identycznej parze komplementarnej. Ponoć bez tego wzmacniacz gra "krzywo"...


    Uzasadnienie wyrównania prądów do 1%:
    rodział 5.1.2 Input stage balance
    http://www.douglas-self.com/ampins/dipa/dipa.htm

    kazikszach wrote:
    Bardzo pięknie, tylko parujesz tranzystory w jednym punkcie oderwanym od rzeczywistych parametrów ich pracy.
    Jeśli będzie to ten sam rząd wielkości Ic, to parowanie będzie wystarczająco dobre.
  • #8
    acctr
    Level 19  
    Urządzenie miałoby sens jeśli chciałbyś zarabiać na wyznawcach audiovoodoo. Taki rytuał parowania tranzystorów z odpowiednim cennikiem. I chyba tylko wtedy byłoby opłacalne.
    W pozostałych przypadkach możesz poszukać gotowego scalaka typu "Matched pair transistors" albo "Transistor array", np. SSM22xx, MATxx, AS394, LM394, czy bardziej pospolite CA30xx, UL1111, itd..
  • #9
    CYRUS2
    Level 42  
    Jak ktoś robi to o czym jest mowa w artykule, to sobie montuje parę ze źródłem prądowym - z "pinami"na tranzystory.
    Wtedy bada układ w konkretnej aplikacji takiej jak potrzebuje.
    Schematy w poście #1.
    Vbe to diody, ten układ będzie mierzył także wszystkie zakłócenia.
    Należy zwrócić uwagę "na działanie realu" nie projektować tylko na papierze.
    Jeszcze jedno na schematach podaje się Rw miernika.
  • #10
    Urgon
    Editor
    AVE...
    CYRUS2 wrote:
    Miernik na scalakach może się ........wzbudzić.

    W którym miejscu? LT1097 jest wewnętrznie skompensowany dla wzmocnienia 1x, można go zewnętrznie przekompensować dodatkowym kondensatorem...

    @acctr
    Problem z gotowymi scalakami jest taki, że teraz na rynku jest sporo "malowanek", a ceny samych układów wysokie. LM394 nie jest już produkowany, MAT12 kosztuje ponad 17 dolarów u producenta. Sugerowanie UL1111 potraktuję jako nieśmieszny żart...
  • #11
    acctr
    Level 19  
    Urgon wrote:
    Problem z gotowymi scalakami jest taki, że teraz na rynku jest sporo "malowanek", a ceny samych układów wysokie. M394 nie jest już produkowany, MAT12 kosztuje ponad 17 dolarów u producenta.

    Można zakupić łotewski zamiennik, będący obecnie w produkcji AS394
    Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki

    Odnośnie wzbudzania układu, faktycznie, dodanie C4 do pętli nie wygląda dobrze.
  • #12
    LightOfWinter
    Level 32  
    Witam

    Jaki jest błąd pomiaru tym urządzeniem?
    i jak się on zmienia w zależności od temperatury ?
    Rezystory precyzyjne są metalizowane - jak one "płyną" z temperaturą ?
  • #13
    jarek_lnx
    Level 43  
    LightOfWinter wrote:
    Jaki jest błąd pomiaru tym urządzeniem?
    i jak się on zmienia w zależności od temperatury ?

    W przypadku urządzenia pomiarowego, zawsze warto zadać takie pytania, nie mogąc udzielić precyzyjnej odpowiedzi wrócimy do pytania które powinno się pojawić na początku, a jaka dokładność jest satysfakcjonująca?
    Albo jaka w ogóle jest osiągalna, 1K różnicy temperatur da 2mV różnicy napięć.

    Ja jestem zwolennikiem zasady - wiedzieć co się robi - sprawdzić jak wpływa asymetria tranzystorów, na parametry wzmacniacza, to można wykazać i stąd wyciągnąć wnioski jakiej dokładności nam potrzeba, tranzystor jest elementem z natury nieliniowym i kompensacja nieliniowości typu $$e^x$$ jednego tranzystora, drugim o charakterystyce $$e^{-x}$$ jest skuteczna tylko w ograniczonym zakresie

    LightOfWinter wrote:
    Rezystory precyzyjne są metalizowane - jak one "płyną" z temperaturą ?

    To akurat każdy przyzwoity rezystor ma w dokumentacji, nawet kiepskie rezystory mają 200ppm/K dużo lepiej niż dla tranzystora -3300ppm/K
  • #14
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Największy wpływ na precyzję pomiaru będą miały rezystory. Konkretnie dokładność ich sparowania i dokładność pomiaru ich wartości. Najlepsze, jakie ja widziałem w ogólnej dystrybucji miały tolerancję 0,05%, ale łatwodostępne są tylko rezystory 0,1%. Mój najlepszy multimetr mierzy małe rezystancje z dokładnością ±0,5%+5 dla zakresu do 199Ω i ±0,2%+3 dla zakresu 199kΩ. Ale innych metod pomiaru mając dokładność pomiaru napięcia ±0,05%+3...
    Dalej, ADR4540 ma początkową dokładność napięcia wyjściowego do ±820µV i dryft temperatury na poziomie 2ppm/°C. LT1097 ma napięcie niezrównoważenia wejść w okolicy 10µV, ale to da się wyzerować. MCP3551 ma błąd niezrównoważenia do 3µV, błąd skali na poziomie 2ppm, błąd INL 6ppm maksymalnie i ogólną sumę błędów na poziomie 10ppm...
    Bym powiedział, ostrożnie szacując i zakładając najgorszy przypadek, iż błąd pomiaru Vbe może wynieść nawet 1mV, i to będzie głównie kwestia rezystorów i źródła napięcia odniesienia. Dodać do tego jeszcze 2mV/°K i zaczyna to wyglądać źle. Ale ponownie, to najgorszy możliwy scenariusz przy maksymalnej różnicy wartości rezystorów...

    Ale jeśli przyjmiemy tylko pomiar relatywny, a nie absolutny, to zakładając, że mój multimetr za każdym pomiarem rezystora myli się o tyle samo, to mogę dobrać rezystory z dokładnością do 0,01%. Wtedy błąd pomiaru zależy głównie od Vref i od MCP3551. Ale tylko jeśli chcemy znać dokładną różnicę napięć. Jeśli nie, to błąd pomiaru spada o, powiedzmy jeden bit z 22. Co można poprawić przez oversampling...
  • #15
    jarek_lnx
    Level 43  
    Urgon wrote:
    Największy wpływ na precyzję pomiaru będą miały rezystory.
    No nie bo temperatura tranzystorów zmienia Ube o -0,33%/K, betę nawet ze 2x mocniej, nie widzę sensu stosowanie rezystorów lepszych niż 0,1%.
    Próbując mierzyć małe termistory przekonałem jak bardzo zmienna jest temperatura powietrza w naszym otoczeniu, zresztą widać to dobrze na kamerach termowizyjnych. Nie tak łatwo uzyskać zgodność do dziesiątych części stopnia. Jak masz miernik o dużej rozdzielczości podłącz diodę i zobacz różnicę na stole, a nad stołem. Jak nie masz to różnicowo napięcie pomiędzy diodami, ze wzmacniaczem operacyjnym powiesz nam na której cyfrze pomiar przestaje mieć sens.

    Urgon wrote:
    Dalej, ADR4540 ma początkową dokładność napięcia wyjściowego do ±820µV i dryft temperatury na poziomie 2ppm/°C. LT1097 ma napięcie niezrównoważenia wejść w okolicy 10µV, ale to da się wyzerować. MCP3551 ma błąd niezrównoważenia do 3µV, błąd skali na poziomie 2ppm, błąd INL 6ppm maksymalnie i ogólną sumę błędów na poziomie 10ppm...
    Bym powiedział, ostrożnie szacując i zakładając najgorszy przypadek, iż błąd pomiaru Vbe może wynieść nawet 1mV, i to będzie głównie kwestia rezystorów i źródła napięcia odniesienia. Dodać do tego jeszcze 2mV/°K i zaczyna to wyglądać źle. Ale ponownie, to najgorszy możliwy scenariusz przy maksymalnej różnicy wartości rezystorów...
    Całkiem niezły ADC do innych, bardziej wymagających zastosowań.
  • #16
    CYRUS2
    Level 42  
    Urgon wrote:
    Bym powiedział, ostrożnie szacując i zakładając najgorszy przypadek, iż błąd pomiaru Vbe może wynieść nawet 1mV, i to będzie głównie kwestia rezystorów
    Nie kolego.
    Proszę pokazać na jaki wpływ na dokładność pomiaru Vbe mają rezystory.
    W tym przypadku rezezstory mają pomijalny wpływ na wynik pomiaru Vbe.
    Vbe to nie jest rezystor.
    1mV /500V to 0,02%. Posiada kolega multimetr mierzący z z taką dokładnością ?
    500mV na zakesie 2V to 1/4 zakresu pomiarowego.
    Urgon wrote:
    ±820µV i dryft temperatury na poziomie 2ppm/°C. LT1097 ma napięcie niezrównoważenia wejść w okolicy 10µV, ale to da się wyzerować.
    Ma kolega czym to wyzerować ?
    Miernik kolegi nie ma odpowiedniego zakresu pomiarowego.
  • #17
    acctr
    Level 19  
    Można pozbyć się zależności dokładności pomiaru/porównania od parametrów rezystorów zakładając 1) Ube1 = Ube2 i 2) Ic1 = Ic2.
    Z warunkeim 1) nie ma problemu, bo wystarczy połączyć obie bazy. Aby spełnić warunek 2) trzeba zasilić kolektory za pomocą lustra prądowego, od parametrów którego zależeć będzie dokładność pomiaru.
    Są scalone, precyzyjne lustra prądowe, np. ADL5315 (3nA..3mA) albo dające większy prąd ADL5317 (5nA..5mA).
    https://www.analog.com/en/parametricsearch/10766#/
    Inna opcja to identyczne źródła prądowe, np. REF200, z tym, że 100µA może być za mało.

    Koncepcję przedstawia schemat poniżej. Różnica w prądach kolektorów DUT1 i DUT2 powoduje powstanie różnicy napięć ΔU.
    Jak prawidłowo parować tranzystory bipolarne? Koncepcja nowoczesnej porównywarki
  • #18
    jarek_lnx
    Level 43  
    acctr wrote:
    Koncepcję przedstawia schemat poniżej. Różnica w prądach kolektorów DUT1 i DUT2 powoduje powstanie różnicy napięć ΔU.
    Prawie dobra, to podaj mi teraz jak ΔU zależy od ΔI i nie chcę widzieć żadnego h22 we wzorze ;)
  • #19
    Urgon
    Editor
    AVE...
    jarek_lnx wrote:
    Urgon wrote:
    Największy wpływ na precyzję pomiaru będą miały rezystory.
    No nie bo temperatura tranzystorów zmienia Ube o -0,33%/K, betę nawet ze 2x mocniej, nie widzę sensu stosowanie rezystorów lepszych niż 0,1%.
    Próbując mierzyć małe termistory przekonałem jak bardzo zmienna jest temperatura powietrza w naszym otoczeniu, zresztą widać to dobrze na kamerach termowizyjnych. Nie tak łatwo uzyskać zgodność do dziesiątych części stopnia.


    Dlatego rozwiązaniem może będzie "piekarnik", czyli komora pomiarowa o stałej temperaturze, wyższej od temperatury otoczenia. Nie musimy dokładnie znać tej temperatury tak długo, jak za każdym włączeniem urządzenia i za każdym pomiarem temperatura będzie taka sama.
    Nawet umieszczenie gniazd pomiarowych w zamykanym pudełku, bez podgrzewania, ustabilizuje w jakimś stopniu temperaturę.

    CYRUS2 wrote:
    Urgon wrote:
    Bym powiedział, ostrożnie szacując i zakładając najgorszy przypadek, iż błąd pomiaru Vbe może wynieść nawet 1mV, i to będzie głównie kwestia rezystorów
    Nie kolego.
    Proszę pokazać na jaki wpływ na dokładność pomiaru Vbe mają rezystory.


    Rezystory wpłyną przede wszystkim na różnicowy pomiar Ic. W najgorszym razie wyniesie on bodaj 80µV. Co do Vbe to masz raczej rację.
    CYRUS2 wrote:
    W tym przypadku rezezstory mają pomijalny wpływ na wynik pomiaru Vbe.
    Vbe to nie jest rezystor.


    Ale będzie wpływ na wynik pomiaru różnicowego. MCP3551 ma różnicową impedancję 2,4MΩ. Jeśli VbeQ1 będzie większe od VbeQ2, to na tej impedancji odłoży się napięcie w pewnym stopniu zależne od wartości R3.
    CYRUS2 wrote:
    1mV /500V to 0,02%. Posiada kolega multimetr mierzący z z taką dokładnością ?
    500mV na zakesie 2V to 1/4 zakresu pomiarowego.


    Na zakresie 2V mam rozdzielczość 100µV. Dokładność ±0,05%+3
    CYRUS2 wrote:
    Urgon wrote:
    ±820µV i dryft temperatury na poziomie 2ppm/°C. LT1097 ma napięcie niezrównoważenia wejść w okolicy 10µV, ale to da się wyzerować.
    Ma kolega czym to wyzerować ?
    Miernik kolegi nie ma odpowiedniego zakresu pomiarowego.


    Do 1µV poradzę sobie z multimetrem, który mam. Będę potrzebował dokładniej, to zrobię wzmacniacz nieodwracający o wzmocnieniu 100 lub 1000 jako pomoc w zwiększeniu czułości miernika.. Albo poproszę o pomoc kogoś z lepszym miernikiem od mojego...

    @acctr
    Pomijając fakt, iż układy od Analog Devices są przeznaczone do ciut innych rzeczy, to jeszcze mają obudowy, których raczej nie polutuję, wielu może mieć z nimi problemy. Dodać należy też, że układy AD mają tolerancję 0,25%, a REF200 0,5%. Karton rezystorów i wolne popołudnie wyjdą taniej... ;)
  • #20
    jarek_lnx
    Level 43  
    Urgon wrote:
    Dlatego rozwiązaniem może będzie "piekarnik", czyli komora pomiarowa o stałej temperaturze, wyższej od temperatury otoczenia. Nie musimy dokładnie znać tej temperatury tak długo, jak za każdym włączeniem urządzenia i za każdym pomiarem temperatura będzie taka sama.
    Nawet umieszczenie gniazd pomiarowych w zamykanym pudełku, bez podgrzewania, ustabilizuje w jakimś stopniu temperaturę.
    I znowu pojawia się pytanie o dokładność, im dokładniej chcemy mierzyć tym lepsza stabilność temperatury jest potrzebna i tym dłuższy czas stabilizacji parametrów, trzeba coś założyć.
    Agile w hardłerze nie da się zrobić, na coś trzeba się zdecydować.

    Z doświadczenia powiem, że nie lubię projektów w których wymagania się zmieniają w trakcie tworzenia, (albo są określone na zasadzie najlepiej jak się uda, bo to znaczy to samo), to zazwyczaj prowadzi do częstych zmian, a te do kiepskiej jakości wynikowego produktu.
  • #21
    acctr
    Level 19  
    jarek_lnx wrote:
    Prawie dobra, to podaj mi teraz jak ΔU zależy od ΔI i nie chcę widzieć żadnego h22 we wzorze

    To zależy od charakterystyki źródeł prądowych w lustrze, impedancji stopnia kolejnego, prądów kolektorów.
    Ale czy to istotne? Z tego co zrozumiałem, to ma być porównywarka a nie miernik.
  • #22
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Zakładając, że nie zejdziemy do granicy możliwości MCP3551, dobierzemy rezystory w miarę dokładnie, skalibrujemy wartość Vref i wyzerujemy LT1097, to różnicę w napięciach Vbe możemy spokojnie mierzyć z dokładnością do 10µV. Różnicę w prądach Ic zaś z dokładnością do 1µA. Z takimi parametrami i z "piekarnikiem" da się sparować tranzystory pod względem Vbe jakieś 20 razy dokładniej, niż są w MAT12, 5 razy lepiej, niż dla legendarnego w pewnych kręgach LM394. Wzmocnienie nie wyraża się raczej w ułamkach (chyba że czegoś nie wiem), więc na moje oko sparowanie pod tym względem będzie zależne tylko od sparowania R1 z R2 i R3 z R4. Ale z rezystorami 0,1% błąd wyszedł mi na poziomie 0,1 w najgorszym razie...
  • #23
    pawelr98
    Level 39  
    Budowałem urządzenie dosyć podobne to się wypowiem trochę.

    Moje urządzenie kreśliło całe charakterystyki statyczne tranzystorów bipolarnych, polowych oraz zwykłe charakterystyki diod.
    Mikrokontroler/Mikrokomputer, INA219/226 (zależnie od wymaganego zakresu), jakiś przetwornik DAC co najmniej dwukanałowy i końcówka mocy, która zasili kolektor tranzystora danym napięciem.

    Ja co prawda zrealizowałem to na raspberry pi3, gdzie miałem prosty interfejs tekstowy oraz zapis do pliku, ale nic nie stoi na przeszkodzie, by ktoś z większą wiedzą zrobił coś takiego na jakimś prostym mikrokontrolerze i dodał komunikację na PC lub użył mikrokontroler z obsługą pamięci.


    Jeśli mamy pełną charakterystykę statyczną, to takie rzeczy jak wykres bety względem prądu kolektora można spokojnie wykreślić.
  • #24
    CYRUS2
    Level 42  
    Urgon wrote:
    Do 1µV poradzę sobie z multimetrem, który mam.
    Posiadasz możliwość pomiaru 1uV - nie.
    Więc nie "bajeruj że sobie pradzisz.
    Urgon wrote:
    Albo poproszę o pomoc kogoś z lepszym miernikiem od mojego...
    Jak takiego znajdziesz.
    Urgon wrote:
    AVE...
    skalibrujemy wartość Vref
    Znów nie masz czym skalibrować napięcia 4,096V.
    Multlimetr Rigol kosztuje ok 2100 zł.
    Ciekawe, czy ktoś go wypożyczy.

    Piszesz dla początkujących.
    Bez komentarza.
  • #25
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Co do napięcia niezrównoważenia, to to jest proste. Biorę dowolny wzmacniacz operacyjny, nawet TL071, jeśli mam zasilanie symetryczne, w konfiguracji nieodwracającej, Rf 1MΩ, Rg 1kΩ. Wejście nieodwracające zwieram z odwracającym i reguluję potencjometrem niezrównoważenia, aż na wyjściu będzie zero. Nawet z multimetrem za stówkę da się to wyregulować do jakichś 50-100nV. Z moim, co kosztuje niecałe 180 złotych będzie to nawet 1nV teoretycznie. W praktyce niech będzie 10nV. I w tym przypadku precyzja wartości rezystorów nie ma większego znaczenia, bo celem jest zbliżenie się do zera, a nie dokładny pomiar napięcia. Potem z takim wyzerowanym wzmacniaczem mierzę napięcie niezrównoważenia wzmacniacza w układzie powyżej. ±10µV × 1001 = ±10,01mV. Jeśli zredukuję wartość do 10µV, to błąd niezrównoważenia wyniesie 9,99nV. Wystarczy?

    Co do ADR4540 to faktycznie dokładny pomiar będzie problemem, jeśli nie ma się dostępu do odpowiedniego miernika. Koszt wynajmu to tak na oko 200-400PLN na dobę, więc nie aż tak drogo, w porównaniu do ceny miernika 7½ cyfry. Za to kalibracja testera czy wskaźnika napięcia w pierwszym miejscu, które znalazłem to koszt 96 złotych +VAT. Ale w sumie można przyjąć iż błąd ±800µV to najgorszy możliwy scenariusz, i w rzeczywistości będzie lepiej. Zresztą to nie ma znaczenia dla pomiarów względnych między tranzystorami, bo wpływa jedynie na dokładność wskazań różnicy. A celem jest mieć jak najmniejszą różnicę, a nie konkretną jej wartość...

    Można też poszukać lepszego źródła odniesienia...
  • #26
    CYRUS2
    Level 42  
    Urgon wrote:
    AVE...
    Wejście nieodwracające zwieram z odwracającym i reguluję potencjometrem niezrównoważenia , aż na wyjściu będzie zero.
    Zastanów się kolego co napisałeś.

    Urgon wrote:
    AVE...
    Można też poszukać lepszego źródła odniesienia...

    Odniesienie bardzo dobre - tylko, że kolega nie ma czym okreslić ile dokladnie wynosi. Czyli kolega Urgon nie jest w stanie skalibrować miernika.
  • #27
    jarek_lnx
    Level 43  
    Urgon wrote:
    Co do napięcia niezrównoważenia, to to jest proste. Biorę dowolny wzmacniacz operacyjny, nawet TL071, jeśli mam zasilanie symetryczne, w konfiguracji nieodwracającej, Rf 1MΩ, Rg 1kΩ. Wejście nieodwracające zwieram z odwracającym i reguluję potencjometrem niezrównoważenia, aż na wyjściu będzie zero. Nawet z multimetrem za stówkę da się to wyregulować do jakichś 50-100nV. Z moim, co kosztuje niecałe 180 złotych będzie to nawet 1nV teoretycznie. W praktyce niech będzie 10nV. I w tym przypadku precyzja wartości rezystorów nie ma większego znaczenia, bo celem jest zbliżenie się do zera, a nie dokładny pomiar napięcia. Potem z takim wyzerowanym wzmacniaczem mierzę napięcie niezrównoważenia wzmacniacza w układzie powyżej. ±10µV × 1001 = ±10,01mV. Jeśli zredukuję wartość do 10µV, to błąd niezrównoważenia wyniesie 9,99nV. Wystarczy?
    Próbowałeś? Nie, to próbuj, napotkasz dwie trudności, napięcia termoelektryczne nawet tak banalnego złącza jak cyna-miedź są w zakresie pojedynczych uV/K, a rozdzielczość potencjometru ogranicza dokładność wyzerowania. Widziałeś choć jeden wzmacniacz, który miał by offset mniejszy od 1uV?
    Nie czepiam się dla samego czepiania, jak kolega powyżej (to miernik różnicowy bezwzględna dokładność nie jest istotna), ale nie uda się wejść w zakres nV, co nie zmienia faktu że ten miernik jest i tak lepszy niż ma to sens nawet bez zerowania.
  • #28
    Urgon
    Editor
    AVE...

    jarek_lnx wrote:

    Próbowałeś? Nie, to próbuj, napotkasz dwie trudności, napięcia termoelektryczne nawet tak banalnego złącza jak cyna-miedź są w zakresie pojedynczych uV/K, a rozdzielczość potencjometru ogranicza dokładność wyzerowania.

    A wiesz, że miałem o tym wspomnieć? Kiedyś projektowałem małą płytkę do układu, gdzie w pobliżu precyzyjnego wzmacniacza operacyjnego były dwa źródła ciepła. By zmniejszyć ich wpływ musiałem odpowiednio ułożyć komponenty i zastosować separację wylewek masy. Gdybym to robił jeszcze raz, to bym wyciął jeszcze rowek na wylot między sekcjami, by zmniejszyć bardziej transfer ciepła.
    Temperatura układu w obudowie powinna być w miarę stabilna, nawet jeśli będzie się zmieniać między kolejnymi użyciami. Można automatycznie "zerować" miernik i tyle.
    A trzy potencjometry wieloobrotowe nie będą jakoś ekstremalnie drogie w porównaniu do ceny reszty części.

    jarek_lnx wrote:
    Widziałeś choć jeden wzmacniacz, który miał by offset mniejszy od 1uV?

    Nie pamiętam takiego. Na ten czas najlepszy z ceną nie z kosmosu ma Vos równe ±10µV, i to ten wspomniany LT1097.

    jarek_lnx wrote:
    Nie czepiam się dla samego czepiania, jak kolega powyżej (to miernik różnicowy bezwzględna dokładność nie jest istotna), ale nie uda się wejść w zakres nV, co nie zmienia faktu że ten miernik jest i tak lepszy niż ma to sens nawet bez zerowania.

    W samym mierniku się nie uda, bo ogranicza go rozdzielczość ADC i jego błąd. Ale może uda się wzmacniacze wyzerować do poniżej 1µV, a może nawet poniżej 100nV, zwłaszcza te opcjonalne między przekaźnikami, a ADC. A właśnie, przekaźniki też dodadzą napięcie termoelektryczne do układu...
  • #29
    CYRUS2
    Level 42  
    Pot #1.
    To przerost "formy nad treścią".
    Mikroprocessory, napiecia referencyjne, rezystory 0,1% ale nie ma tego co trzeba
    W treści postu #1 brak istotnych elementów.
    Brak ustalenia punktu pracy tranzystora.

    Mierzymy każdy tranzystor oddzielnie
    1. Prąd kolektora. To najważniejszy parametr punktu pracy.
    Do tego jest potrzebna płynna regulacja prądu bazy, tak, żeby prąd bazy wymusił określoną wartość prądu kolektora.
    Z tego mamy Ic/Ib.
    Mierzymy Vbe miernikiem o Rw 10MΩ.
    2. Uce. musi być regulowane - ustawione na wartość w punkcie pracy.

    Pomiar wykonujemy w temperaturze otoczenia.
    Ze zmierzonych egzemplarzy wybieramy te, o najbardziej zbliżonych wartościach

    Wszystko w temacie pomiaru.

    Urgon wrote:
    AVE...
    pomiar będzie problemem, jeśli nie ma się dostępu do odpowiedniego miernika. Koszt wynajmu to tak na oko 200-400PLN na dobę, więc nie aż tak drogo, w porównaniu do ceny miernika 7½ cyfry.
    200-400zł/dobę + koszt części.
  • #30
    Urgon
    Editor
    AVE...

    Jeszcze odnośnie źródeł napięcia odniesienia i ich fabrycznej dokładności. Nie mam danych dla ADR4540, jaki odsetek jest ma zerowy lub prawie zerowy błąd, ale są dane dla serii Maxim MAX6126 (maksymalny błąd ±0,02%), z której dla tego układy byłby odpowiedni MAX6126-41 (błąd±819,6µV). Otóż na 48 układów badanych przed lutowaniem (3 razy podczerwienią) 12 sztuk na 48 miało błąd 0%, 14 sztuk zaś błąd +0,002%. Żaden nie był gorszy niż -0,008%, ani +0,006%. Po lutowaniu 12 sztuk miało błąd 0%, po dziewięć +0,002% i -0,002%, dwie sztuki miały błąd +0,008%, a cztery -0,008%. Reszta znalazła się pomiędzy tymi widełkami...

    @CYRUS2
    Nie rozumiesz przeznaczenia tego układu. Celem nie jest zdjęcie dokładnej charakterystyki każdego tranzystora. Celem jest wyselekcjonowanie par tranzystorów o jak najbardziej zbliżonych parametrach do zastosowania w roli par różnicowych, luster prądowych i innych układów wymagających dwóch lub więcej identycznych tranzystorów...

    Aha, masz multimetr by zdjąć dokładną charakterystykę każdego tranzystora?
    Co z wpływem temperatury, jakością potencjometrów, stabilnością prądów i napięć, rezystancją styków multimetru?