UNIVERSUMS HISTORIA | PemE1aOP-SR | Elektronikens Grunder — OP-Spänningsregulatorer | 2016VIII8 a BellDHARMA production  |  Senast uppdaterade version: 2016-10-14 · Universums Historia

 

innehåll denna sida · webbSÖK äMNESORD på denna sida Ctrl+F · sök ämnesord överallt i SAKREGISTER  ·  förteckning över alla webbsidor

 

Bildkälla: Författarens arkiv · MONTAGE: 11Jun2013  E12  Bild 105 — 24Maj2010 R Bild84 · Nikon D90 • Praktisk Elektromekanik — finmekanik för hobby och amatörer Se även från HUVUDDOKUMENTET MED ÄMNESORIENTERING

 

 

sök ämnesord överallt inom ELEKTRONIKEN i separat sakregister för Praktisk Elektromekanik i  sakregister elektroniken  

 

 

        Gammaprojektets alla dokument — Maj2012-Jul2016

 

 

 

| Spänningsregulatorer — Orientering | ELEKTRONIKGRUNDERNA |

 

OP-baserade emitterregulatorer

 

 

OPemSR -- OPERATIONSFÖRSTÄRKARBASERADE EMITTERSTYRDA SPÄNNINGSREGULATORER

OPemSR:

4T-PBSR-OPemSR-Aug2015 | 30V-OPemSR |

 

OPERATIONSFÖRSTÄRKARBASERADE

EMITTERSTYRDA

SPÄNNINGSREGULATORER

————————————————

Praktiska lösningar med resultatbilder

 

INLEDNING:

GRUNDÖVNINGEN, övergripande (23Apr2016, Gammaprojektet), bestod här i att konstruera en batterimatad/styrd spänningsregulator för max 50mA egenutström som kan reglera i princip vilken yttre strömkälla som helst med i princip vilken utström som helst med minimal strömkonsumtion inte mer än 10µA, med maximalt FIN utspänningslinje helst inom 1/2mV 1Hz:

— Önskemålet grundades dels på behovet (starkt) att inte behöva byta batterier stup i kvarten, utan att FÅ kunna koncentrera sig på instrumentuppgiften — helt. Och dels på uppgiften för att komma bort ifrån brusiga störiga baslinjer att finare baslinjer spar krav på högre förstärkningar.

 

Test (tidigare) med olika OP-kopplingar för speciellt emitterstyrda spänningsregulatorer

 

Princip:

OPemSR — OP-baserad Emitterstyrd Spännings Regulator

 

 

 

DELSCHEMA I UTVECKLINGAR från lågströms 4T-PBSR till lågströms 3T-PBSR Apr2016 [ff. PBSR3T.PNG]-

A-GND, normala nollreferensen; B - - - - [= B-GND], Batterimatningens nolla = Uut-linjen.

 

 

SCHEMABESKRIVNING:

PRINCIPKRETSEN för en OP-baserad emitterstyrd spänningsregulator:

 

— Utspänningslinjens STATUS bestäms frånsett T1 (Bipolära T1 tenderar att visa MINST utbrus) HELT av OP:ns snabbhet, offsetnivå (idealt 0Voffset ger exakt Uut = R · 5V/100K) och (3T-PBSR) SPÄNNINGSREFERENSENS RENHET (och stabilitet).

— Enda här kända acceptabla OP:n med låg strömförbrukning (10µA) som kan hantera en instrumentorienterad reglering (batterilinje) — CMOS-ingångar (med TeraOhm-inresistanser) som kan känna av 0V — är: ICL7612.

   Men den OP:n lämpar sig bara OM strömändringarna i tillämpningen är minimala: transientsvaret för spänningsreglering vid strömändringar via den långsamma ICL7612 ligger i området (1mA iSupply) tiondels sekunder. Med en CA3140 förbättras den statistiken (minst) 1000 ggr — men med större strömförbrukning (2mA) till OP:n. Se även Allmänna OP-data (CMOS-JFET-typer endast).

— NOTERA att utspänningsnivån INTE har något med OP:ns spänningsgränser att göra.

— LÖSNINGEN OVAN är intressant ENDAST om strömkravet för drivningen är i området ental/tiotal µA, eller att lösningar med mA-strömdrivningar kan göras kortvariga då annars 9V-batteriet snabbt tar slut (normal kapacitet 500 mAh).

   En experimentkrets av typen ovan finns beskriven i 4T-PBSR-OPemPBSR-Aug2015.

 


har uppvisat en del (speciellt) lågbrusiga aspiranter som skulle kunna användas.

— Här följer en genomgång av de olika konstruktions- och schemadetaljer som (kanske) är av intresse för den som vill studera byggnaden. Det är också samtidigt min egen bekväma arkivdel för användbar elektronik — som visat sig i samband med Gammaprojektets utveckling.

 

SÄKERHETSLÖSNINGAR — speciellt för batteriapplikationer:

Speciellt Säkerhetskretsar har tilldragit sig angeläget intresse i utvecklingarna:

 

— Nätansluten apparatur har ALLTID MINST en lägenhetssäkring i händelse av att något (allvarligt) strömfel uppkommer i någon elektrisk apparatur. Därutöver finns vanligen någon extra säkring i varje nätansluten anordning som garanterar dels att apparatens elektronik själv inte skadas och dels heller inte ställer till andra problem i händelse av något oförutsett uppkommet fel.

— BATTERIER DÄREMOT går inte att stänga av — utom via speciellt konstruerade säkerhetskretsar och mellanliggande manuella, eller elektromekaniska, switchar.

 

Se särskilda avsnitt i

 

Strömsäkring DC (18Mar2016)

 

Strömsäkring AC (8Apr2016)

 

Enkel automatsäkring med Tyristor och MosFet (12Maj2016)

 

Överbelastningsskydd (Sep2016)

 

 

OP-BASERADE EMITTERSTYRDA SPÄNNINGSREGULATORN   4T-PBSR-OPemPBSR-Aug2015 -- T4a

4T-PBSR-OPemSR-Aug2015 —  SCHEMA  Oscillogram 4T-PBSR

 

 

EN OP-BASERAD EMITTERSTYRD SPÄNNINGSREGULATOR — med ström- och överbelastningsskydd + batterBytesIndikator

4T-PBSR-OPemSR-Aug2015

Kretsen preliminärt slutligt utvärderad Jul2016

 

 

Första sammanbyggda OPemSR-experimentenheten som gjordes i sitt slag:

— Experimentkretsen har flera brister.

 

Främsta bristen: Den reglerade utspänningen toppas alltid av en inspänningstransient — hela — vid power ON: En stötpuls fyller utgångskondensatorn (Cut) som sedan, obelastad, bara så småningom sjunker ner till den inställda regulatorspänningen.

   AVSTÄNGNINGEN vid överlast är ett annat problem som har modifierats i testkopplingen — med inbördes olika lösningar beroende på vilken OP-typ som används; CA3140-typen har en  som stänger av utgången om den dras ner på GND. ICL7612 har ingen sådan funktion. Så: hur stänger man av hela regulatorn i händelse av överlast?

   Olika lösningar har prövats. Den som visas nedan bygger på att hela PBSR-matningen släcks ner. Den lösningen är praktiskt OK för bägge OP-typerna.

 

 

Men funktionen har i efterhand (möjligen) visat sig interferera med huvudfunktionen — ännu inte klarlagt:

 

 

AVSTÄNGNINGEN via de 4st LM324-operationsförstärkarna (Ström/Temperatur) görs genom att dels T3 drar ner T1b till noll; Det stryper strömmen IN till PBSR-enheten — PBSR-utgångens kondensator, på grund av den ringa belastningen, avtar däremot långsamt och därmed saboterar en maximalt kort OFF-tid. För att få snabb OFF måste hela 5V-utgången tömmas, vilket ombesörjs av T4.

— Efteranalysen (nedan) har visat att lösningen ovan, möjligen, interfererar (extra ledningar till PBSR-enheten) med regulatorns maximalt möjliga finhet. Men den analysen är inte (riktigt) klarlagd än. Vi vet inte.

   Avstängningssättet är hur som helst INTE en bra lösning, men den enda (tillfredsställande) som här fanns (2015) för bägge OP-typerna ICL7612 och CA3140.

 

 

   Helhetslösningen är dock problematisk:

— ÖNSKEMÅLET OM MINIMAL PBSR-strömförbrukning med MAX UTSTRÖM är svårt att förverkliga med en 4T-PBSR. Här ligger maxgränsen för iUTmax för 4T-PBSR-enheten nedan (SCHEMAT vänster) vid ca 0,5mA — medan behovet här endast är 1/10 (50µA). Men den snävheten, som det visar sig, är INTE bra för stabiliteten: KRETSBILDEN I HELHET är »inte bra».

   Se vidare i FELANAYLS nedan.

 

SCHEMAT:

 

 

 

Uut = i · R2; i = 5V000/(R1=100K) = 50µA

Se härledningen i OPemSR.

 

Kretsschemat ovan i det tajt sammansatta experimentella konstruktionsblocket nedan.

 

 

 

Foto:  30Jul2016  T4-PBSR-OPemPBSR-Aug2015--4

 

 

Grovtest via 50mA strömlast (100Ohm över 5V000):

 

Jämförelser mellan operationsförstärkarna till emitterstyrningen via ICL7612 och CA3140 — främsta egenskaper

 

— Utgångslinjens brusgolv förtjockas något med ICL7612 — till skillnad från den snabbare OP:n Ca3140, den senare bevarar tomgångslinjen praktiskt taget oförändrad vid strömlast.

— Transientsvaret med ICL7612 är (rejält) långsamt, runt tiondels sekunden (50mA stöttest, 20mV transient 100mS) — i kompromiss med den möjliga optimalt låga strömförbrukningen (10µA med IQ till V+). Med Ca3140 snabbas transientsvaret upp mer än 1000 ggr (10mV transient 50µS).

— ICL7612 lämpar sig alltså enbart för tillämpningar där strömändringarna är små (i µA-området).

 

 

 

 

Foto:  30Jul2016  T4-PBSR-OPemPBSR-Aug2015--5

 

Konstruktionen innehåller så många detaljer att det (tydligen) behövs (mer nära än avlägset) ett separat htm-dokument för att beskriva de olika tillverkningsmomenten: flera (5) kretskortslaminat i tätt skilda plan tillsammans med speciella kopparplåtsmasker för att få helhetsfunktionen maximalt tajt.

 

 

 

Foto:  30Jul2016  T4-PBSR-OPemPBSR-Aug2015--3

 

 

BATTERILÖSNINGEN blev särskilt elegant, bilden ovan höger:

— Börja från Batteriets liggande plan på bordet: 3,00mM över detta: bygg med 2st över varandra tätt liggande 1,5mM kretskortslaminat: två motsvarande utskjutande »trampoliner» ska ombesörja batterikontakten — ingen separat kabeldragning krävs; Såga bort laminat från en basrektangel och lämna ca 5mM breda remsor i ena änden:

 

 

 

Foto:  30Jul2016  T4-PBSR-OPemPBSR-Aug2015--1

 

 

Laminatremsornas längd garanterar 1. elasticitet (den kortaste slipas av som bilden ovan visar för att öka elasticiteten) för säker kontaktering med batteripolerna, 2. exakt lämpligt metrisk passning för 9V-batteriets egna polknappar (minuspolen på 9V-batterier är dessutom vridbar: använd sexkantsnyckel nr 5,5; i konstruktionen ovan används läget med spetsdelen maximalt neråt). Med ett tättliggande lock över batteriet kan detta sedan skjutas in i lådan och snäppa fast sig själv via trampolinremsornas elastiska åtspänning.

   Olika 9V-batterifabrikat har något olika höjd-breddmått, det skiljer på en eller annan tiondel:

— I konstruktionen ovan har sådana differenser nära eliminerats genom att två separata »polcentrerare» — två anpassade skruvar i plexiglaset framsidan — monterats med standardavståndet 12,7mM mellan batteripolernas centrum. Den anordningen centrerar automatiskt ett batteri då det skjuts in i lådan så att kontakteringen mot laminaten säkras — oberoende av de olika fabrikaten 9V-batteriernas marginellt olika höjdmått.

   Ett hål på framsidan är upptaget i mitten för att man ska kunna skjuta ut batteriet med en vanlig rund Ø2mM trätandpetare.

   Laminatytorna i övrigt behandlas separat med kontakthylsor (och separat ledningsdragning, se KRETSKORT) — med inbördes passande synkronisering och särskilda kopplingar efter konstruktionens egna förutsättningar.

 

 

Felanalys:

FELANALYS 4T-PBSR-OPemSR-Aug2015

 

31Jul2016:

— Test med TOTEMTRANSISTORERNA (T1&T2) visar en liten självsvängning, för bägge OP-typerna: Störningen kan inte elimineras av här ännu okänd anledning.

— Sedan TOTEMTRANSISTORTESTET avslutades och kretsen återställdes till original — som den fungerade före — gick det inte att komma tillbaka till den rena utsignalen: en oförklarlig självsvängning (50KHz) infann sig som visade sig via belastningstestet (50mA) och som inte fanns före — bägge OP-typerna visar det.

   Felet okänt. Har aldrig tidigare visat sig vid föregående testkörningar.

 

KRETSEN kan f.n. (30Jul2016) inte användas till något meningsfullt.

— Utlinjen batterifin tidigare — ser nu ut som PotSHIELD: störig, hoppig.

— Testat med fast motstånd: samma fel.

— Efter vidare analys: något är fel på 5V-PBSR-enheten. Visar självsv.

 

1Aug2016:

— Fullständig demontering för analys: inga direkta fel hittade.

— Återmontering: Uteslutning av den väl figurativt tajt laminatinpassade LM324-kapseln, tills vidare för koll,

 

 

 

Foto:  31Jul2016  T4-PBSR-OPemSR-Aug2015--5

 

 

visar att +5V000-referensen återtagits, se oscillogrammen nedan.

 

 

Toppkortet med 4T-PBSR-enheten längst ner till höger:

 

 

Foto:  31Jul2016  T4-PBSR-OPemSR-Aug2015--3

 

LÖSNINGSFORMEN ATT SAMLA OLIKA ENHETER PÅ SAMMA KORT inte bra i EXPERIMENTBYGGEN:

— Om inte annat visar den här byggerfarenheten att EXPERIMENTBYGGET — för att kunna utvärderas i detalj = isärplockning med detaljanalyser — bör konstrueras MED VARJE SÄRSKILT FUNKTIONSBLOCK SOM EN FRISTÅENDE MOBIL ENHET.

— Till exempel den HÄR SOM OVAN laminatintegrerade 4T-PBSR-enheten: OM något visar FEL eller man bara vill isolera en enhet från en annan för en vidare, mera djupgående analys, blir det hart när omöjligt med en sådan sammansatt konstruktion som den ovan: det går inte att isolera enheten elektriskt eftersom den är förbunden via laminatledningar, planytor, med andra delar: omöjlig uppgift med andra ord UTAN SÄRSKILDA, ÄNNU MER AVANCERADE TILLBYGGEN . En sammansatt konstruktion som ovan lämpar sig istället bättre för ett REDAN VÄL UTPROVAT SLUTBYGGE.

— Men jag kunde inte hålla mig. Uppslagen var så många och intressanta att jag bara MÅSTE få PRÖVA.

   Vi är inte där, vid slutbygget, än. Men ovanstående (ytterst ambitiösa) exempel har givit många ytterst intressanta och givande uppslag till konstruktionsdetaljer.

   T.ex.: Aspekter på SEPARAT BASJORDNING — olika jordplan, områden — har visat sig bli välkomna inslag.

 

 

KRETSSCHEMAT MED KOMPONENTERNA SOM FUNGERAR

efter här redovisad genomgången analys 2Aug2016

ENLIGT EFTERFÖLJANDE OSCILLOGRAM:

 

SCHEMAT, rensat från säkerhetskretsarna.

 

 

Den Speciellt enkla Elementära OPemSR-lösning — säkerhetskretsarna är utmanande. Ovanstående enda lösningen  med OP5 som alternativt bägge ICL7612 eller CA3140.

R0 rest [STRÖMMÄTNING TILL STRÖMSÄKRINGEN] från originalets helhetskrets som här inte kunde slutföras.

 

 

Uut = i · R2; i = 5V000/(R1=100K) = 50µA

Se härledningen i OPemSR.

 

 

Oscillogrammen nedan visar utspänningslinjen från 4T-PBSR-enheten:

 

Mätningarna med DSO-proben utanför enheten på Cut-kondensatorn, problämman till Cut-minus.

   En mera noggrann mätning kräver att mätpunkterna ligger närmare den egentliga reglerande transistorn (här BUZ11). Men konstruktionen har inte utformats explicit för det ändamålet.

 

4T-PBSR-enheten +5V000:

 

OSCILLOGRAMMEN 4T-PBSR-OPemSR-Aug2015 -- Oscillogrammen nedan tagna 1Aug2016.

Övre, mätreferens:  DIGITALOSCILLOSKOPETS EGEN NOLLMÄTREFERENSLINJE -- AC-mätning med proben till jordklämman -- TRIGGER:  Edge;  CH1;  Rise;  Auto;  AC -- DS-Oscilloskop UTD 2025CL:

Nedre,  mätobjekt:  MÄTPLATS: A -- Enheten placerad på mellanliggande isolerande papper med AL-folie under kopplad till batteriets minus:

1Aug2016:  4T-PBSR-enheten endast +5V000 till OPemSR-Aug2015 — NoLoad — SUPPLY 9V-batt [GP Ultra 1604AU—01-2013]

 

 

 

 

RÖDA OSCILLOGRAMMEN ENBART I SIGNALFORMENS PIXELS — originalet förminskat 50%  =  varje mätpunkt i den förminskade bilden = 1 pixel

Inte den renast av alla möjliga, men bra nära.

 

 

Återinsättning med Uin-matningen (2×9Vbatt Energizer) visar att regleringen är återställd. Oscillogrammen nedan med AC-test vid Ut=5V000 OPemSR och OP-typen ICL7612 med iSupply=1mA (IQ icke ansluten); En Al-plåt underst med jordkabel till Uut-GND, Mätplats A:

 

TestOscillogram med ICL7612  iS=1mA

 

 

1Aug2016:  OPemSR-enheten ICL7612 endast i 4T-PBSR-OPemSR-Aug2015 — NoLoad — Uin = 18V (2×9Vbatt); UutREGULATED OPemSR = 5V000:

Övre, mätreferens:  DIGITALOSCILLOSKOPETS EGEN NOLLMÄTREFERENSLINJE -- AC-mätning med proben till jordklämman -- TRIGGER:  Edge;  CH1;  Rise;  Auto;  AC -- DS-Oscilloskop UTD 2025CL:

Nedre,  mätobjekt:  MÄTPLATS: A -- Enheten placerad på mellanliggande isolerande papper med AL-plåt under kopplad till Uut-GND:

 

 

 

 

Det var vad vi skulle försöka visa igår, men som sket sig på grund av här ännu inte (riktigt) klarlagda orsaker.

— Spänningslinjerna ovan, faktiskt, visar sig nu RENARE än tidigare. SÅ fina var de inte före »det sket sig».

 

 

— Lastfallet med 50mA? Fortfarande självsvängningar?

— Nejdå. Nu går det igen — ett tag, tydligen;

— Det var den här Egenheten vi skulle visa: ICL7612 ger en litet tjockare bruslinje vid last:

 

Belastad, stötströmstest:

4T-PBSR- OP(ICL7612-1mA)emSRAug2015 — stötströmstest: 50mA

————————————————————————————————————————————————————————

stötströmstest: 50mA — 100Ω vid 5V000 via mikroswitch till mätobjektet — ingen switchavkoppling (=ev. kontaktstudsar inkluderas):

 

Transientsvar: definition

Transientsvaret vid strömlastens ON-tillfälle (och OFF) ska för bästa regulatorstabilitet vara så lågt/litet i amplitud (U) som möjligt och så kortvarigt (t) som möjligt — på så STOR strömlast (i) som möjligt.

 

IDEALET BLIR:

— Ut / i (=Rt) går mot noll för bästa reglering — Ex.: 1mV·1µS/1A = 1nVS/A = 1 nH — en rejält stark/fin regulator:

— Litet U och stort i betyder litet R: Litet R med litet t = idealet = minimal induktans (L=Rt).

— Rt=L anger INDUKTANS.

 

OSCILLOGRAM — Transientsvar:

 

Utgången vid 50mA last:

 

1Aug2016:  OPemSR-enheten ICL7612 endast i 4T-PBSR-OPemSR-Aug2015

50mA Load (5V/100Ω) — Uin = 18V (2×9Vbatt); UutREGULATED OPemSR = 5V000:

DIGITALOSCILLOSKOPETS PARAMETERMÄTNING VID LASTEN VISAR INGEN SOM HELST TENDENS ATT ÄNDRA VÄRDE PÅ GRUND AV LASTSTRÖMMEN [UutRMS= 5,07Vkonstant]:

Övre, mätreferens:  DIGITALOSCILLOSKOPETS EGEN NOLLMÄTREFERENSLINJE -- AC-mätning med proben till jordklämman -- TRIGGER:  Edge;  CH1;  Rise;  Auto;  AC -- DS-Oscilloskop UTD 2025CL:

Nedre,  mätobjekt:  MÄTPLATS: A -- Enheten placerad på mellanliggande isolerande papper med AL-plåt under kopplad till Uut-GND:

 

 

 

 

 

Oscillogrammet med 1S/DIV visar första delens 6b sekunder obelastat, sedan från mitten 50mA last i ca 3 sekunder. On-Off-tillfällena visar regulatorns återhämtningssnabbhet — transientsvaret, se transientsvarsoscillogrammet nedan för ICL7612 via 50mA stötströmslast.

 

Transientsvaret vid stötlast:

 

Transientsvar vid stötlast

 

Vi ser att OP-regleringen via ICL7612 (högsta strömläget 1mA drivström) är relativt snabbt för 50mA ON, men långsammare vid OFF.

TRIGGER:  Edge;  CH1;  Rise;  Single;  AC

 

 

REGLERINGSKRAFTEN [positiva amplituddelen -- OFF-tillfället] ÄR  liten: 0,02V · 50mS / 50mA.

Ut / i = 0,02 H


ON-tillfället särskilt ICL7612 (iS=1mA) med 50mA stötlast:

 

 

REGLERINGSKRAFTEN: 0,04V · 0,7mS / 50mA.

Ut / i = 0,056 H

 

PowerOn:

PowerON-tillfället för 4T-OPemSRAug2015 )= helt förskräckligt:

 

OscillogramExemplet nedan med regulatorn inställd på 5V, OP:n som ovan ICL7612 (iS=1mA):

 

PowerON-oscillogrammet:

 

 

 

Första delen med regulatordelen PÅ och Uin-delen AV:

— När Uin-delen sätts PÅ (här via en förinkopplad lågohmig resistans med separat OnOff-switch, här 100Ohm(Ω), för att dämpa inrusningsströmmar) skjuter regulatorn Uut ändå långt utöver det inställda 5V — i vårt konstruktionsfall upp till ca drygt 13V. Ingen belastning finns, så toppspänning avtar sakta ner mot reguljära inställda 5V.

— Andra ON-delen med Uin-delen i läge PÅ och regulatorn i läge AV:

— När regulatorn knäpps på via redan påliggande Uin, drar Uut iväg ÄNNU värre uppåt. Här till Uin-batteriernas max (2×9V), för att sedan långsamt — ingen Uut-last — gå ner till stadiga 5V.

— Hur löser man ett dylikt problem?

 

En mot regulatorenheten

 

 

inmonterad förkopplingsresistans (på 100Ω)

 

                     

 

Foto:   2Aug2016  T4-PBSR-OPemSR-Aug2015--11

 

gör i sig inte SÅ mycket för en redan långsam regulator än att begränsa inrusningsströmmen till utgångskondensatorn (100µ/50V). Regulatorn »överrumplas» fortfarande av en icke kontrollerbar spänningsinrusning — precis som PowerOn-oscillogrammet ovan visar,

 

 

   En regulatorkrets som uppför sig på ovan observerat sätt är direkt FARLIG — vådlig, äventyrlig: förstörande — för utrustningen den ska försörja eller serva. Jämför en typförsörjning till MAX4475-OP:s: De klarar inte mer än max 6Volt till drivspänningen, sedan ajö. Det ville vi inte alls.

 

PowerOn-Lösningen:

Lösningen till PowerOn-Transientproblemet för långsamma regulatorer

 

ENKLASTE LÖSNINGEN:

 

— Lägger vi helt enkelt till en (minst) lika stor ingångskondensator (100µ/50V)

 

                

 

Foto:   2Aug2016  T4-PBSR-OPemSR-Aug2015--12

 

tillsammans med en lämplig indikering — den garanterar att IN-kondensatorn också laddar ur mellan On-Off-varven — får PowerOn-oscillogrammet ett annat utseende

— förutsatt att vi börjar från TOM ingångskondensator (lampan lyser inte), att OPemSR är i läge PÅ, och att förkopplingsresistansen (100Ω) är inkopplad:

PowerON-oscillogrammet — regulatorn utan utgångslast:

 

 

Ingångskondensatorn tar nu upp i stort sett hela inrusningsströmmen OCH (den påföljande) spänningen, och avlastar därmed kravet på en snabb regulator i den efterföljande kretsbilden. Problemet löst.

   NACKDELEN, ENDA:

— Glömmer man av startvillkoren

 

OPemSR=Off;

Uin=OFF;

———————————— :

OPemSR=ON;

Förkopplingsresistansen = ON;

Uin=ON;

 

kommer PowerOn-transienten likväl att visa sig då regulatorn sätts i läge PÅ.

   Det finns naturligtvis sätt att lösa den problemdelen med elektronik, också. Men vi hoppar över den delen här, tills vidare.

 

TestOscillogram CA3140:

TestOscillogram med CA3140 iS=4mA[MAX] -- praktiskt uppmätta strömförbrukningen hela regulatorn 2,61mA

 

1Aug2016:  OPemSR-enheten CA3140 endast i 4T-PBSR-OPemSR-Aug2015

NoLoad — Uin = 18V (2×9Vbatt); UutREGULATED OPemSR = 5V000:

Övre, mätreferens:  DIGITALOSCILLOSKOPETS EGEN NOLLMÄTREFERENSLINJE -- AC-mätning med proben till jordklämman -- TRIGGER:  Edge;  CH1;  Rise;  Auto;  AC -- DS-Oscilloskop UTD 2025CL:

Nedre,  mätobjekt:  MÄTPLATS: A -- Enheten placerad på mellanliggande isolerande papper med AL-plåt under kopplad till Uut-GND:

 

 

 

 

 

Stötlast:

4T-PBSR- OP(CA3140-2,6mA)emSRAug2015 — stötströmstest: 50mA

————————————————————————————————————————————————————————

stötströmstest: 50mA — 100Ω vid 5V000 via mikroswitch till mätobjektet — ingen switchavkoppling (=ev. kontaktstudsar inkluderas):

separat grovtest med 100mA last — ingen synbar skillnad

 

Utgången vid 50mA last:

 

1Aug2016:  OPemSR-enheten CA3140 endast i 4T-PBSR-OPemSR-Aug2015

50mA Load (5V/100Ω) — Uin = 18V (2×9Vbatt); UutREGULATED OPemSR = 5V000:

DIGITALOSCILLOSKOPETS PARAMETERMÄTNING VID LASTEN VISAR INGEN SOM HELST TENDENS ATT ÄNDRA VÄRDE PÅ GRUND AV LASTSTRÖMMEN [UutRMS= 5,07Vkonstant]:

Övre, mätreferens:  DIGITALOSCILLOSKOPETS EGEN NOLLMÄTREFERENSLINJE -- AC-mätning med proben till jordklämman -- TRIGGER:  Edge;  CH1;  Rise;  Auto;  AC -- DS-Oscilloskop UTD 2025CL:

Nedre,  mätobjekt:  MÄTPLATS: A -- Enheten placerad på mellanliggande isolerande papper med AL-plåt under kopplad till Uut-GND:

 

 

 

 

Skillnaden mot ICL7612 är tydlig.

Vi ser här direkt i jämförelse med ICL7612 (2mS/DIV) att CA3140 uppvisar en (betydligt) finare utgångslinje vid strömlast — fortfarande nära det mätande oscilloskopets egen mätreferens, och praktiskt taget samma som obelastat.

   Transientstörningen är som vi ser dessutom mycket mindre jämfört med ICL7612-fallet: CA3140 är också en betydligt snabbare OP.

 

Transientsvaret:

Transientsvaret vid 50mA stötlast:

IDEALET är att  faktorerna Ut / i = Rt = L  ska ge maximalt litet värde — minimalt elektrisk induktivt, motstånd vid strömändring.

 

ON-tillfället:

TRIGGER:  Edge;  CH1;  Rise;  Single;  AC

 

 

REGLERINGSKRAFTEN: 0,02V · 5µS / 50mA.

Ut / i = 2µH


OFF-tillfället:

 

 

REGLERINGSKRAFTEN, hela pulsen grovt: 0,02V · 2µS / 50mA.

Ut / i = 0,8µH

 

Resultatbilden ovan antyder att den använda mikroswitchen i stöttestet uppvisar viss kontaktstuds. Det kräver dock särskild analys att fastställa (Singulär pulsgivarkrets måste utformas).

 

 

2Aug2016:

— Hela kretsblocket anpassas till CA3140 — så att alla säkerhetsblocken kan användas utan interferens med/på 4T-PBSR-5V-enheten, det som förmodligen (men vi vet inte det säkert) förorsakade den observerade signalinstabiliteten.

— Återinsättning av LM324-kapseln ger den ursprungliga funktionen åter: alla indikeringar fungerar utan observerad inverkan på regleringen.

— Separat stötströmstest nu med 100mA visar ingen direkt observerar skillnad mot testfallet ovan med 50mA-test.

Termosäkring:

 

Foto:  2Aug2016  T4-PBSR-OPemSR-Aug2015--15

220K NTC-motståndet monterat med fjädrande kontakt mot [T0] regulatortransistorns metallhölje.

 

— TERMOSÄKRINGEN särskilt testad med IR-penna via 100mA konstant last: Termosäkringen stänger av huvudströmmen vid uppmätt ca 43°C.

   Den temperaturen uppnås grovt sagt i 100mA-testet »efter flera minuter»: TEST-Uin=18V med Uut=5V ger 13V spänningsfall över T0 med förlusteffekten P = UI = 13V·0A1 = 1,3W; batterispänningen [Uin=2×9V] sjunker dock något under lasten vilket ger ett lägre P-värde. Dessutom finns (rikligt) med mindre metallytor i området invid T0 — som därmed, delvis, fungerar som (tillfälliga, mindre) kylytor. NTC-monteringen ger också en viss värmedifferens mellan T0-höljet och NTC-kroppen (räkna med att NTC i montaget ovan i bild känner av kanske 3/4 av T0-värmen, kanske 4/5).

 

Uppdaterat schema:

Den aktuella kopplings- och kretsbilden är då som följer (2Aug2016):

 

Anpassad och testad 2Aug2016 med OP CA3140

 

 

 

Batteriindikeringen triggar med mattröd lysdiod då batterispänningen når ner till ca 7 Volt: R20/R21=6/1.

Termosäkringen triggar med mattgul lysdiod och stänger av huvudströmmen då termistorn/Regulatortransistorn (T0) når strax över 40°C (43°C enligt test med IR-penna): R5/R6 = R3/R4 = 4/1 = 440K/[NTC¦110K vid ca 40°C].

Strömsäkringen med potentiometern R12 triggar via inställt värde 0-500mA med R15=1K och R14=100K (eg. 99K), R14/R15=100 (eg. 99). Med R14=9K eller R15=11K11 sätts strömgränsen 0-5A.

 

Hela kretsfunktionen ovan med sökringsblocken i funktion visar att PowerOn-Transientproblemet har »automatlösning»: vilken kombination av PÅ-sekvenser man än väljer, svarar kretsen alltid i slutänden med att eliminera PowerOn-transienter: inställd regleringsspänning överskrids aldrig.

 

Huvudfunktionen är — nämligen — att strömsäkringen ALLTID löser ut vid regulatorns PowerOn garanterat av det initierande höga strömtrycket till en tom utgångskondensator (Cut). RESET-switchen aktiverad betyder då att en andra PowerOn-sekvens inleds med en redan delvis fylld Cut. Resultatet blir enligt följande uppstartningsoscillogram:

 

Autosäkring mot starttransienter:

Automatisk säkring mot starttransienter

 

 

(0-5)S:  Uin=OFF, Uut=OFF;

Vid 5S:  Uin=ON — strömkällan till Uin (18V) sätts PÅ, men regulatorn är AV: Uut visar  — i vilket fall — att en initierande läckpuls kommer in nästan upp till den satta utgångsspänningen (5V).

— Strax efter sätts regulatorn med Uut i läge PÅ, men strömsäkringen träder in via den korta höga inrusningsströmmen till Cut och ser till att Uut=OFF: utspänningsnivån över Cut fortsätter att sjunka ner mot noll då ingen last finns på Uut. Röd strömsäkringlampa lyser:

Vid (5+7)S:  RESET-switchen aktiveras, Uin leds in till Uut. Och som vi ser går Uut direkt upp till +5V — utan tendens till överskjutande spänningstransient.

— Det visar sig att förkopplingsmotståndet (100Ohm) inte längre spelar någon roll: med eller utan detta ges aldrig någon PowerOn-transient.

 

 

 

OP-BASERADE EMITTERSTYRDA SPÄNNINGSREGULATORN   30V-OPemSR-Okt2015 -- T4b

30V-OPemSRm:

 

 

EN OP-BASERAD EMITTERSTYRD SPÄNNINGSREGULATOR — med ström- och överbelastningsskydd + batterBytesIndikator

30V-OPemSR-Okt2015

———————————————————————

Kretsen fortfarande Jul2016 under utvärdering och analys

 

 

Ett alternativt praktiskt sätt att styra ut spänningsreglering via en operationsförstärkarstyrd (ICL7612; CA3140 — utförligt från T4a) emitterbaserad spänningregulator visas enligt schemat nedan:

 

 

 

30V-OPemSR-Okt2015 -- SCHEMA MED KARAKTÄRISTISKA OSCILLOGRAM CA3140-oscillogram i bilden nedan -- Preliminärt sluttest 8Aug2016

 

 

TRANSIENTSVARET: TV = Ut / i = 0V1 · 100nS / 50mA = 200nH -- Jämfr.: En REGULATOR MED  TV = 1nH1mV · 1µS / 1A — kan förstås som en [ mycket ] SNABB&STARK  regulator.

BEROR PÅ MÄTPUNKT: Mätning för transientsvar ska göras så nära anslutningsbenen på regulatorns aktiva komponenter som möjligt: Mera distans betyder mera mellanliggande mätresistans och därmed mera induktans och därmed allt sämre mätvärden = högre amplituder med längre återhämtningstider. M.a.o.: Hitta minsta möjliga utslag vid given stötströmstest — den mätpunkten anger regulatorns bästa utnyttjande.

BytBatteriIndikeringen är kalibrerad för 6V.

 

GENOMGÅENDE — FÖRUTSATT RINGA STRÖMÄNDRINGAR:

— Kretsen ovan visar (i sin färdiga proto-konstruktion) väldigt fina utspänningsdata: nära praktiskt taget lika fin utspänningslinje som för ett kemiskt/alkaliskt batteri.

 

Skillnaden mellan CA3140 och ICL7612 är (generellt, alla konstruktioner) att

 

— ICL7612 kan inte stängas av (OP:n CA3140 har en STROBE) på utgången explicit;

— ICL7612 visar marginellt mera brus vid belastning;

+ ICL7612 har mycket lägre intern strömförbrukning — lägst 10µA mot CA3140 ca max 4mA;

— ICL7612 är (således mycket) långsam vid transientsvar;

± ICL7612 lämpar sig bäst för reglering av (mycket) små strömändringar — som i motsvarande mening garanterar lång livslängd på det OP-drivande lilla (55mAh) 12V-batteriet;

 

Oscillogrammen ICL7612:

ICL7612-oscillogrammen:

 

iSupply = 1mA:

TRANSIENTSVARET ON: TV = Ut / i = 0V05 · 1mS / 50mA = 1mH.

:

iSupply = 10µA [IQtillV+]:

TRANSIENTSVARET ON: TV = Ut / i = 0V05 · 1mS / 50mA = 1mH.

 

 

 

Frånsett vissa önskemål om en snabbare transientrespons:

— Dessa kretsdata är PRECIS vad vi behöver för en INSTRUMENTAPPLIKATION: »mycket fin spänningsregulator för små strömmar med små variationer». Skillnaden mot en ren batterilinje (oscilloskopets egen jämförande Probe-GND-referens som ovan) är så liten att den (här) HELT kan bortses ifrån.

 

 

I varje fall i detta bygge är det tydligt att skillnaden i BRUSGOLV mellan de olika OP-typerna inte är till nackdel för ICL7612. Däremot är skillnaden tydlig i transientsvaret:

— 1mH för ICL7612 mot 200nH för CA3140: mer än 1000ggr större induktionsundertryckning. Men det är (som sagt) inte kritiskt i en instrumentapplikation med (ytterst) små strömvariationer.

 

Det enda som fattas för att göra kretsen fullständig är

 

1.  ett överbelastningsskydd = termosäkring för regleringstransistorn:

— Den blir snabbt HET med stora spänningsfall över sig och modesta strömmar: 50mA vid Uut=1V från en strömkälla med 50Vin ger P(förlust) = Ui = 49V·0,05A = 2,45W. En sådan transistor behöver normalt sett extra kylning för att överleva om strömmen hålls påkopplad under någon längre tid.

2.  ett direkt elektroniskt, manuellt återställningsbart, automatiskt överströmsskydd.

 

Aug2015-16:

— I’m working on it.

   Batterimatningen sätter definitiva (stränga) gränser för hur en sådan konstruktion ska utformas: minsta möjliga egen strömförbrukning med mesta möjliga dynamik — med ett absolut minimum av extra komponenter: »inget avancerat».

 

Sep2016:

En användbar (2 transistorer + en »termodiod») lågströmsenhet (1µA) för termiskt överbelastningsskydd har utvecklats (Sep2016), utprovats och testats framgångsrikt tillsammans med några fristående 3T-PBSR-enheter.

 

 

Se särskilt avsnitt med utförliga detaljer i Bipolär 3T-PBSR med variabel utspänning och överbelastningsskydd.

 

 

 

 

För ev. ytterligare.

 

PRAKTISK ELEKTROMEKANIK — OpSR -- Primärt färdigställd INNEHÅLLSFÖRTECKNING 30Sep2016

 

 

BILDKÄLLA: Författarens arkiv · 22Jul2013 E22 Bild41 · Nikon D90

 

 

PRAKTISK ELEKTROMEKANIK — finmekanik för hobby och amatörer   Se även från  HUVUDDOKUMENTET MED ÄMNESORIENTERING

 

END.                                                                     

 

 

 

 

Elektronikgrunderna — OP-baserade SPÄNNINGSREGULATORER

 

innehåll: SÖK äMNESORD på denna sida Ctrl+F · sök ämnesord överallt i SAKREGISTER

 

 

sök ämnesord överallt inom ELEKTRONIKEN i separat sakregister för Praktisk Elektromekanik i  sakregister elektroniken  

 

 

OP-baserade SPÄNNINGSREGULATORER -- Elektronikgrunderna                                                                                                                                          

ämnesrubriker

 

                      

 

 

innehåll

              OP-baserade SPÄNNINGSREGULATORER

 

                       Op-baserade EMITTERREGULATORER

 

                                                         INLEDNING

 

                                                         SÄKERHETSLÖSNINGAR

 

                                                                            4T-PBSR-OPemSR-Aug2015

 

                                                                                               SCHEMA

 

                                                                                               Felanalys

 

                                                                                               SCHEMAT — rensat från säkerhetskretsarna.

 

                                                                                               OSCILLOGRAMEN

 

                                                                                               Transientsvar, definition

 

                                                                                               OSCILLOGRAM — Transientsvar

 

                                                                                               Transientsvaret vid stötlast

 

                                                                                               PowerON

 

                                                                                               PowerON-lösningen

 

                                                                                               TestOscillogram CA3140

 

                                                                                               Stötlast 50mA

 

                                                                                               Transientsvaret

 

                                                                                               Termosäkringen

 

                                                                                               Uppdaterat schema

 

                                                                                               Autosäkring mot starttransienter

 

                                                                            30V-OPemSR-Okt2015

 

                                                                                               SCHEMA

 

                                                                                               Oscillogrammen med ICL7612

 

                                                        

 

 

 

referenser

 

Mätställen:

 

Mätningar (2016) från olika vägguttag med kringliggande olika typ av stationär elkraftsnätsassocierad ledningskoppling uppvisar olika signalbilder för givna elektroniska komponenter.

 

Signalanalysen i detalj med hjälp av DS-oscilloskopet har visat att spänningsmätningar innefattar i vissa fall relativt kraftiga nätstörande bidrag. Se särskilt praktiskt beskrivande mätexempel i Batteriets Beröring.

   Bidragen framträder i olika omfattning från det allmänna elkraftsnätet beroende på vägguttag. Se särskilt bevis i Nätbeviset.

   I vilken mån lokalt olika apparater för tillfället är nätanslutna eller inte inverkar också, inkluderat även annan ansluten eller icke ansluten »kabelvara». Internetkabeln (LAN-kabel) — oberoende av om en värddator är av eller på — påverkar, liksom närheten till ett tangentbords anslutna USB-kabel (USB-exempel), för att nämna observerbara exempel.

   För den jämförande ordningens skull blir det alltså avgörande för beskrivningens begriplighet att, något, skilja de olika mätställena åt — först och främst via en (lägenhetsorienterad) fast nätreferens. Exakt hur denna är ordnad elektrotekniskt är här av mindre vikt (och allt för komplicerad att redovisa i detalj); Det väsentliga är att ett visst mätresultat refererar till en fast, bestämd mätstation, vilket eliminerar kaotiska sammanblandningar — med obegripliga inbördes resultatbilder. Se särskilt från Inledande Avslöjande Batteritest.

   Mätningarna i denna presentation (från 2016) använder främst tre olika mätplatspreferenser, specifika för just denna författning:

 

Mätställe A — VDs vardagsrum söder + ev. aktuellt beskriven apparatur

Mätställe B  K köket — av allt att döma mätstället med minst nätassocierade störningar

Mätställe C  VDso vardagsrum sydost + ev. aktuellt beskriven apparatur

 

[HOP]. HANDBOOK OF PHYSICS, E. U. Condon, McGraw-Hill 1967

Atomviktstabellen i HOP allmän referens i denna presentation, Table 2.1 s9–65—9–86.

mn        = 1,0086652u  ......................    neutronmassan i atomära massenheter (u) [HOP Table 2.1 s9–65]

me        = 0,000548598u  ..................    elektronmassan i atomära massenheter (u) [HOP Table 10.3 s7–155 för me , Table 1.4 s7–27 för u]

u           = 1,66043 t27 KG  ..............     atomära massenheten [HOP Table 1.4 s7–27, 1967]

u           = 1,66033 t27 KG  ..............     atomära massenheten [ENCARTA 99 Molecular Weight]

u           = 1,66041 t27 KG ...............     atomära massenheten [FOCUS MATERIEN 1975 s124sp1mn]

u           = 1,66053886 t27 KG  ........     atomära massenheten [teknisk kalkylator, lista med konstanter SHARP EL-506W (2005)]

u           = 1,6605402 t27 KG  ..........     atomära massenheten [@INTERNET (2007) sv. Wikipedia]

u           = 1,660538782 t27 KG  ......     atomära massenheten [från www.sizes.com],

CODATA rekommendation från 2006 med toleransen ±0,000 000 083 t27 KG (Committe on Data for Science and Technology)]

c0          = 2,99792458 T8 M/S  ........     ljushastigheten i vakuum [ENCARTA 99 Light, Velocity, (uppmättes i början på 1970-talet)]

h           = 6,62559 t34 JS  .................    Plancks konstant [HOP s7–155]

e           = 1,602 t19 C  ......................    elektriska elementarkvantumet, elektronens laddning [FOCUS MATERIEN 1975 s666ö]

e0          = 8,8543 t12 C/VM  .............    elektriska konstanten i vakuum [FOCUS MATERIEN 1975 s666ö]

G          = 6,67 t11 JM/(KG)²  ..........    allmänna gravitationskonstanten [FOCUS MATERIEN 1975 s666ö] — G=F(r/m)² → N(M/KG)² = NM²/(KG)² = NM·M/(KG)²=JM/(KG)²

 

t för 10, T för 10+, förenklade exponentbeteckningar — TIOPOTENSER i förenkling; EX.: t6 = 10–6 = 1µ

Dekadiska prefix

 

PREFIXEN FÖR bråkdelar och potenser av FYSIKALISKA STORHETER

Här används genomgående och konsekvent beteckningarna

 

förkortning       för        förenklad potensbeteckning — t för 10^–, T för 10^+

 

d                       deci      t1

c                        centi    t2

m                      milli    t3

µ                       mikro  t6

n                       nano    t9

p                       pico      t12

f                        femto   t15

 

I elektroniken — kopplingar, scheman — skrivs ofta enbart tusenprefixen K M osv. för de olika storheterna Resistans i OHM typ 1K, 1M osv. och Kapacitans i Farad 1µ 1n 1p osv istf. det mera fullst. resp. 1KΩ, 1MΩ, osv; 1µF, 1nF, 1pF osv.

 

Alla Enheter anges här i MKSA-systemet [Se International System of Units] (M meter, KG kilo[gram], S sekund, A ampere), alla med stor bokstav, liksom följande successiva tusenprefix:

 

förkortning       för        förenklad potensbeteckning — t för 10^–, T för 10^+

 

K                      kilo      T3

M                     mega   T6

G                      giga     T9

T                       tera      T12

 

Exempel: Medan många skriver cm för centimeter skrivs här konsekvent cM (centiMeter).

 

MAC, modern akademi

 

TNED

(Toroid Nuclear Electromechanical Dynamics), eller ToroidNukleära Elektromekaniska Dynamiken

 

 

 

 är den dynamiskt ekvivalenta resultatbeskrivning som följer av härledningarna i Planckringen h=mnc0rn, analogt Atomkärnans Härledning. Beskrivningen enligt TNED är relaterad, vilket innebär: alla, samtliga, detaljer gör anspråk på att vara fullständigt logiskt förklarbara och begripliga, eller så inte alls. Med TNED får därmed (således) också förstås RELATERAD FYSIK OCH MATEMATIK. Se även uppkomsten av termen TNED [Planckfraktalerna] i ATOMKÄRNANS HÄRLEDNING.

 

 

SHORT ENGLISH — TNED in general is not found @INTERNET except under this domain

(Universe[s]History, introduced @INTERNET 2008VII3).

TNED or Toroid Nuclear Electromechanical Dynamics is the dynamically (related) equivalent — resulting description — following the deductions in THE PLANCK RING, analogous AtomNucleus’ Deduction.

— The description according to TNED is related, meaning: all, each, details claim to be fully logically explainable and understandable, or not at all. With TNED is (hence) also understood RELATED PHYSICS AND MATHEMATICS. See also the emergence of the term TNED in AtomNucleus’ Deduction.

 

 

 

 

Senast uppdaterade version: 2016-10-14

*END.

Stavningskontrollerat 2014-01-27 | 2016-10-14.

 

rester

*

 

 

 

åter till portalsidan   ·   portalsidan är www.UniversumsHistoria.se 

 

∫ Δ √ ω π τ ε ħ UNICODE — ofta använda tecken i matematiska-tekniska-naturvetenskapliga beskrivningar

σ ρ ν ν π τ γ λ η ≠ √ ħ ω →∞ ≡

Ω Φ Ψ Σ Π Ξ Λ Θ Δ  

α β γ δ ε λ θ κ π ρ τ φ ϕ σ ω ϖ ∏ √ ∑ ∂ ∆ ∫ ≤ ≈ ≥ ˂ ˃ ← ↑ → ∞ 

ϑ ζ ξ

 

Pilsymboler, direkt via tangentbordet:

Alt+24 ↑; Alt+25 ↓; Alt+26 →; Alt+27 ←; Alt+22 ▬

Alt+23 ↨ — även Alt+18 ↕; Alt+29 ↔

☺☻♥♦♣♠•◘○◙♂♀♪♫☼►◄↕‼¶§▬↨↑↓

→←∟↔▲▼ !”#$%&’()*+,

■²³¹·¨°¸÷§¶¾‗±­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

åter till portalsidan   ·   portalsidan är www.UniversumsHistoria.se