UNIVERSUMS HISTORIA |
PemE1aOP-SR | Elektronikens Grunder —
OP-Spänningsregulatorer | 2016VIII8 a BellDHARMA production | Senast
uppdaterade version: 2017-05-04 · 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
4T-PBSR-OPemSR-Aug2015 | 30V-OPemSR |
OPERATIONSFÖRSTÄRKARBASERADE
EMITTERSTYRDA
SPÄNNINGSREGULATORER
————————————————
Praktiska lösningar med
resultatbilder
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.
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 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):
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.
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.
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-tillfället
för 4T-OPemSRAug2015 )= helt förskräckligt:
OscillogramExemplet nedan med regulatorn
inställd på 5V, OP:n som ovan ICL7612 (iS=1mA):
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.
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 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:
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 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.
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).
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 säkringsblocken
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
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 = 1nH — 1mV ·
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;
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
referenser
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
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).
(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: 2017-05-04
*END.
Stavningskontrollerat 2014-01-27 | 2016-10-14.
*
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