Fórum témák

» Több friss téma
Fórum » Műveleti erősítő
 
Témaindító: petrik, idő: Júl 31, 2005
Lapozás: OK   73 / 73
(#) zombee hozzászólása Kedd, 21:48 /
 
Máris kész az első vázlat a nagyáramú (1mA-100mA) részhez. Az áramkör lényege, hogy a nagyobb feszültséget ÉS/VAGY áramot igénylő mérésekhez áramforrásként szolgáljon, ill. a bemenő referencia polaritásától függően változzék a kimenő áram iránya. A meghajtó részt egy OPA547 szolgálja ki, az méréshez és áramszabályozáshoz továbbra is OPA2277-et terveztem be. Ezzel lehet 40Ohm alatti ellenállásokat, nagyáramú diódákat, LED-eket és zener-diódákat (~36V-ig) tesztelni.

A nagyobb kimenő feszültség miatt a kimeneten szükség lesz egy osztásra (1:10), mivel az alacsony feszültségről táplált OPA2277 nem fog 30-40V-okat kezelni, és az ADC (Vref=4096mV) sem tud vele mit kezdeni. Az osztó általi extra terheléssel később foglalkoznék (<==1mA-en kicsit bezavarhat).
A leosztott feszültséget közvetlenül rá tudom vezetni az ADC-re, illetve a GUARD-erősítő (A=10) is innen lesz hajtva. Az osztás miatt az 1V-os referenciát is le kell osztani, a végén pedig a végerősítő nem 2 hanem 20-szoros erősítéssel fog dolgozni. A végerősítő magas ofszet(1-5mV) és bias(100-500nA) miatt egy precíz előerősítő (szintén OPA2277) gondoskodik a bemenő jelről.

C3 gondoskodik IC3A lassításáról. Az áramkör mindig egy előre megadott feszültségkorláttal fog dolgozni (DAC bemenet), de a mérés mindig áramgenerátoros módra lesz méretezve. Ez nem labortáp, a feszültségkorlát nem kell hogy precíz legyen (+/-0.5V is lehet benne!), csupán annyi a szerepe hogy áramköri hiba esetén a kimenőfeszültség ne emelkedjen +40V közelébe. Ha például egy LED-et akarok tesztelni 10mA-en, jó lenne ha hibás LED esetén a meghajtóáramkört nem égetné le.

Ami engem aggaszt: IC3A és IC2 kapcsolata, tartok tőle hogy nagyon nem jó. Persze IC3A lehetne normál impedanciaerősítő, és R5:R4 osztó kimenete közvetlenül mehetne IC2 invertáló bemenetére. A baj ezzel, hogy IC2 ofszetjét nem egyenlíti ki. Az R8:R9 osztó (1000:1) IC3A dinamikatartományát növeli meg. IC2 ofszetje 1-5mV, ezért IC3A kimenete 1-5V között mozog. Lehet hogy ez már túl nagy...
(#) zombee válasza zombee hozzászólására (») Sze, 18:12 /
 
Kicsit elkezdtem számolni: a 20-szoros erősítés ezt a konstrkciót nagyon pontatlanná tenné, ezért egy kicsit változtattam ez értékeken: az OPA277 kicsit nagyobb feszültséget kap (+22V, -12V), a visszacsatolónál elég egy 1/2 osztás. Így a tervezett maximális kimenő feszültség (U) fele mindkét irányban beleesik az OPA2277 common-mode tartományába (3 - 3V-ot hagyok erre).

Természetesen ez még tovább lesz osztva az ADC-hez(0-4V tartományba), a GUARD erősítőnek pedig nem kell 10-szeres erősítés, elég egy sima 2-szeres. A referencia is 500mV lesz (1V/2). Az átlagképző csomópontjában (U+1V)/4 feszültség fog megjelenni, amiből az OPA2277 másik erősítője impedanciát illeszt és rákapcsolódik a végfokra(OPA547). A végfok pedig csak egy 4-szeres erősítést fog tenni. (vagy szétosztom az erősítést az illesztő és a végfok között 2-2 arányban).

Valaki mintha itt kérdezte volna: miért nem az OPA547 gyári áramkorlátját használom?
Az a baj hogy ez az áramkorlát nem igazán stabil, erősen hőmérsékletfüggő. Egy potméteres labortápba még jó lehet, de egy mérőműszerbe, ahol az áramot 0.5% pontosságon belül kell tartani, szó se lehet róla! De pl. a GUARD erősítőt nagyon leegyszerűsíti, hogy beállítom 150mA körüli értékre, így nem kell ezzel sem foglalkozni. Az áramgenerátor végerősítőjét is erre az értékre állítom be, hogy hiba esetén ne égessen le semmit.
A hozzászólás módosítva: Sze, 18:14
(#) Pafi válasza zombee hozzászólására (») Csü, 10:12 /
 
Idézet:
„Ami engem aggaszt: IC3A és IC2 kapcsolata, tartok tőle hogy nagyon nem jó.”


És joggal. Itt két erősítőt vontál be egy visszacsatolási hurokba. IC3A átvitele a visszacsatolás által meghatározott integráló jellegű, IC2 pedig a saját belső kompenzálása által meghatározott integráló viselkedést követi. A kettő együtt már 180 fok körüli fázistolást ad nagyon széles frekvenciatartományban (tehát előre láthatóan a hurok vágási frekvencián is), ami éppen a stabilis és labilis rendszer határhelyzete, vagyis vagy gerjed magától, vagy nem, de mindenképp jó sokáig leng egy tranziens hatására.

Stabil, lengés nélkül beálló szabályzást úgy érhetsz el, ha a hurok levágási frekvenciáján csak 1 integráló hatást hagysz, a másik fokozat átvitele pedig konstans. Pl. IC2 kapjon saját visszacsatolást is!

Ahhoz, hogy az áram gyorsan álljon be a névleges értékre, a kimenetről jövő pozitív visszacsatolásban ugyanolyan átvitelt (legalább 1 időállandó erejéig) kellene beállítani, mint ami a negatív visszacsatolásban eredőben kialakul!

Nem értem a ragaszkodásodat a 100 mV-os referenciához azok után, hogy már megtapasztaltad a hátrányát. Itt, ahol 10-szer nagyobb kimeneti feszültséget kell kompenzálni, 10-szer fontosabb lenne a nagyobb referenciafesz. Ha jót akarsz magadnak, itt sem használsz 1 V-nál kevesebbet.

Az 1 és 10 mA-es söntöt diódákkal is célszerű védeni egy esetleges hiba ellen.

A kimenetet és a referencia feszt mindig csak a DUT csatlakoztatása után szabad engedélyezni, különben impulzusban túlterhelheti a mért eszközt. Sőt talán IC3A kimenetét kellene 0-ra húzni amíg nincs DUT csatlakoztatva.

Mi az GUARD? Erről még nem írtál semmit. Gondolom, nem a szivárgó áramokat söntölő védősáv, mert ha nA-ekre nem akartad alkalmazni, akkor mA-ekhez mi értelme lenne? De akkor mi?
A hozzászólás módosítva: Csü, 10:21
(#) Pafi válasza zombee hozzászólására (») Csü, 10:38 /
 
Idézet:
„Az osztó általi extra terheléssel később foglalkoznék (<==1mA-en kicsit bezavarhat).”


Remélem, nem baj, ha lelövöm a poént:

R5-tel sorba kell betenni egy potit, 2*R1*(R4+R5)/(R2+R3) értékkel, és várhatóan középre beállítani, de R2...R5 ellenállások aszimmetriája is itt egyenlíthető ki, ezért nem pont középen lesz az optimum.
(#) zombee válasza Pafi hozzászólására (») Csü, 21:53 /
 
Köszönöm, mindig tanulok valamit! Sajnos nem vagyok ennyire képzett erősítők terén, inkább a méréstechnika oldala fogott meg, és persze bejöttek ez erősítők is. Ehhez a projekthez pedig sok kell. Nagyon sok.

A referencia továbbra is 1V (lenne), de a kimenet 10-el való leosztása miatt kellett a referenciát is 100mV-ra redukálni. A "poént" nem lőtted le: rájöttem hogy a kimeneti feszültséggel arányos az a "zavarás", amit a visszacsatoló osztó terhelése okoz. Ez éppen olyan típusú hibát visz be a rendszerbe, mint amikor az átlagoló és a végerősítő osztásaránya nem egyforma, ezt pedig trimmeléssel megoldható feladat. Csak a trimmelés "közepe" fog máshova esni.

De ha minden jól megy, ez már a múlté! Találtam a fiókban OPA551PA IC-t: DIP-8 tokos, 60V-os tápfeszültségről megy (pont mint a végerősítő), 1mV-os ofszet, pA-es bias. Ideális a kimenet impedanciaillesztésére. Az 1mV ofszet itt nem zavar (annyira), mert ez a kapcsolás nagyobb feszültségekre (10-30V) lesz méretezve. És mivel nem lesz a kimenőfesz leosztva, a referencia is 1V lehet, és (látszólag) egyszerűsödik a kapcsolási rajz, a kimeneten (impedanciaillesztés után) elég sima 2-szeres erősítés. Ma már megépítettem a felét.

Ezek a kapcsolások próbapadra mennek, sok-sok méréssel. Ezért is jobb ha statikus az egész: beállítok egy konfigurációt (referencia, sönt) és mérek vele. A megépítendő tesztgépben már központilag vezérelt REED-relék fogják kapcsolgatni a söntöket és a referenciákat is. Természetesen az áramgenerátor(ok) kimenete addig tiltva lesz, amíg a kapcsolómátrix rá nem kapcsol a mérőpontokra. A nagyáramú erősítők tiltó (OPA547: E/S) kimenete is alapesetben tiltva lesz. Majd kiméregetni a tranziensidőket, mennyi idő múlva áll be a mérővezeték? Sok-sok időgrafikonnal. Jó buli lesz, az biztos!

Most kicsit törlesztek az adósságból - GUARD:
Ha csak magukban álló alkatrészeket méricskélnénk, elegendő lenne 2 mérőcsatorna (kivéve tranzisztor). Ezek a HIGH és LOW csatornák, és megfelelnek a multiméter PIROS(Volt, Ohm, mA) és FEKETE(COM) kimenetének. ICT-teszter esetén egy kicsit árnyaltabb a dolog, mert egy összerakott áramkör alkatrészeit kell kimérni. Vannak olyan alkatrészek amelyek önmagukban sehogy sem mérhetők ki rendesen. Ilyenek pl. egy nagy elkóval párhuzamosan kötött 100nF-os kerámiakondik. Más alkatrészek esetén csak simán "bezavar" valami, pl. dióda, trafó, terhelő ellenállások, stb. Utóbbira van a GUARD, ami a multiméter harmadik kimenete lenne, ha lenne. Tapasztalatok alapján GUARD csatorna használatával a zavarások 70-95%-a (kapcsolási rajztól függően) teljesen kiküszöbölhető.
Egy nagyon bugyuta mórickaábrával illusztrálom, de talán így magyarázni is könnyebb. A GUARD tulajdonképpen a HIGH csatornán megjelenő feszültség másolata, a másolást pedig a GUARD-erősítő végzi és e jel a GUARD csatornán ki van vezetve. A csatornát egy (vagy több) jól megválasztott pontra kötve a legtöbb zavaró tényező eliminálható a mérésből. A példaábrán R10-et (10k) szeretnénk mérni, de a másik négy bezavar, így csak 909Ohm-ot fog mérni a gép. De ha a megadott pontokba rávezetjük a HIGH csatorna feszültségét, azzal tehermentesíti (megtámasztja, "guard-olja") a mérőcsatornát, így ténylegesen 10kOhm-ot fogunk mérni. Hasonló eljárással kimérhető a többi 1k-s ellenállás is. A GUARD csatorna - jellegéből adódóan - a HIGH csatornáénál sokkal nagyobb (ráadásul kontrollálatlan) áramot képes kiadni (akár 100-300mA), ezért körültekindően kell bánni vele!
(#) zombee válasza Pafi hozzászólására (») Pé, 15:36 /
 
Elkészült ez is, a mérések alapján eléggé pontosra sikerült (30V-on is). Mindezt komolyabb erősítések nélkül. A főmeghajtó(OPA547) és a visszacsatoló (OPA551) nagyfeszről mennek (-20,+40V), a "kicsik" (2xOPA2277) -12,+22V - ról.

IC2 az áramgenerátor referenciájáért és az átlagolt feszültség impedanciaillesztéséért felel (IC1 bemenete), IC3 pedig a feszültség-határértékeket állítja elő (pontosabban azok felét).
Ha az áramgenerátor kimenetén mérhető feszültség (U) kilépne a tartományból, D1 vagy D2 diódák valamelyike nem engedi tovább növekedni. A teszterben ez természetesen DAC-ra lesz kötve, és programból állítható lesz. A poti a próbák miatt kell. A diódák feszültségesése nem probléma: nem labortáp készül, a feszültségkorlát a mérendő eszköz védelmét szolgálja kimenőáramtól függetlenül. A feszütségkorlátot úgy kell megválasztani, hogy a mérésnél várható értéknél legalább 1V-al magasabb legyen, mert (normál esetben) ennyi esik a söntellenálláson is.

Amit tapasztaltam: a főmeghajtó üresjárásban is melegszik, a visszacsatoló szintén. 100mA-es terhelés mellett az OPA547 kb. 2 perc után "lekapcsol" egy másodpercre, aztán megy 5-15 másodpercig. Tehát működik a hővédelem! Egyébként úgy állítottam be, hogy kb. 160mA-nél többet ne adjon ki (I_lim láb). Ha lekapcsolom a feszültségreferenciát, a kimenet 0.0V-ra vált. Ha viszont a terhelést is leveszem, akkor szép lassan -18V körüli értékre kúszik le, ezt a visszacsatoló(OPA551) bias árama (kb. 30pA) okozza. A 3.3kOhm söntöt (330uA) csak azért építettem be, hogy lássam, mit kezd a rendszer ilyen alacsony árammal, a gyakorlati alkalmazásba nem fog belekerülni. Arra jó lesz az előző (100nA-1mA) kapcsolás.
A hozzászólás módosítva: Pé, 15:38
Következő: »»   73 / 73
Bejelentkezés

Belépés

Hirdetés
Frissek
2017. Márc, 26. Vas
9:16:44
Jelenleg 388 fő olvassa az oldalt
Online tagok:
Lapoda.hu     XDT.hu     HEStore.hu