Hi Heren, Dames ook ;-)

Rond juni en juli 2011 heb ik veel tijd gestoken in een 10V Referentie schakeling met de 1N827a zenerdiode.
Dit is niet de beste uit die serie Referentie diodes, maar wel enigzins betaalbaar als je er 15 wil testen...
Ik heb de zeners denk ik een klein jaar laten "inbranden" of voorverouderen.
Hierna heb ik de vier beste geselecteerd en er een gekachelde 10V Referentie mee gemaakt.

De schakeling van de oven doet nu in mijn ogen een beetje "ouderwets" aan, te veel onderdelen.
Mijn nieuwste kachel electronica bestaat uit veel minder componenten, daar bijna alles in één IC zit.
Het IC, de INA125 van TI, heeft een referentie die je kan schalen en een verschil versterker.
Dit scheelt heel veel onderdelen, later hier meer over, als ik de eerste testschakeling heb gebouwd.

Terug naar de schakeling, ik zal eerst het schema even laten zien, het is hier al eens voorbij gekomen, maar er zijn een paar kleine aanpassingen gemaakt.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-01-200.png

Ik zal voor de gene die het intressant vinden, de schakeling een beetje uitleggen,
is het daarna nog niet helemaal duidelijk, dan zoek je het maar uit *grin*

Het uitgangspunt was een referentie te maken met de 1N827a Zenerdiodes met een lage ruis en een zo stabiel mogelijke uitgangsspanning (ja ik weet, dat een enkele LT1021 Metal Can al zeer goed is)
Dus 4x geselecteerde Zener diode als uitganspunt om drift en ruis te beperken.
De zeners worden gevoed door middel van R1 t/m R4 en deze weerstanden zorgen er voor dat er 7,5mA door de Zeners loopt.
Deze stroom (30mA totaal) is te veel voor de gebruikte opamp LT1007 (ondermeer lage ruis/offset en bias stromen)
De stroom wordt uiteindelijk geleverd door een kleine P-Fet,Q2 de BS250.
Doordat de opamp nu in het geheel geen belasing ziet, is de loopgain maximaal, > 7 miljoen keer.
De Ru van deze referentie is met een paar mA belasting niet te meten...
De Ru die je aantreft komt grotendeels door de contakt weerstand van je connectoren.

R16 en Q1 zorgen voor de kortsluitbeveiliging met een max. stroom van rond de 50mA.
Deze schakeling begrenst dus ook de laadstroom door de elco aan de uitgang als de schakeling opstart.

De spanning van de vier zeners worden samengevoegd daar R5 t/m R8, en daarna door C3 van een kantelpunt voorzien, een low pass filter van ongeveer 31HZ.
R5 t/m R8 zijn zo gekozen dat beide ingangen van de opamp de zelfde DC weerstand zien, dit voor de kleinste bias fout.

De ongeveer 6,2V die op de -ingang van de LT1007 wordt aangeboden wordt door de opamp versterkt tot 10V en gefilterd.
Jullie zien het goed, ik bied de referentie spanning aan op de -ingang, de rede? er zit een inverterende Fet achter :-)
De versterking wordt ingesteld d.m.v. R9, R10, R12, R4 en R15, R15 is de trimpot met een klein regelbereik.

Het tweede filter bestaat uit R17, C3 en C11 van 1500uF < dit is geen typefout!
Het kantelpunt van de versterkertrap is hierdoor rond de 7Hz.

Er is nog één weerstand die belangrijk is, dat is R11 van 22K.
Bij het inschakelen van de referentie is de uitgang 0V, de zeners krijgen hierdoor geen sturing en de opamp zou hierdoor in deze toestand kunen blijven hangen.
Om dit "hangen" nu te voorkomen laad R11 langzaam de uitgangs elco op, tot dat de opamp/BS250 dit overneemt.
De kleine stroom die er nog loopt vanuit de 16V voeding, als er 10V op de uitgang staat is niet meer van belang.
Deze helpt een beetje de uitgansstroom die er nodig is voor de zeners en de belasting stroom.

De Kachel
Niet zo veel bijzonders hier, 5V referentiespanning die een brug van energie voorziet.
Er is in deze kachel een LM335a gebruikt die bij 50C waar de oven op staat ingesteld een spanning afgeeft van ongeveer 3,232V.
R20 en R21 maken een spanningsdeler die ook deze 3,232V aan de +ingang van de opamp levert.
De opamp varieerd de gatespanning zo, dat de -ingang van de opamp ook 3,232V wordt.
Daar de LM335a goed gekoppeld zit met de weerstand waarop het geheel gemonteerd zit, wordt het ceramische plaatje op een paar honderste graad stabiel gehouden.
R22 van 2M2 en de condensator hierover van 10nF houden de opamp stabiel.
R23 en R24 zijn toegevoegd om de uitgang van de opamp enigzins in het midden te houden van de voedingsspanning.

Alles is zo gemonteerd dat alle warmte opwekkkende onderdelen mee helpen de kachel op temperatuur te houden,
Zoals de zeners, BS250, IRF540 en natuurlijk R25 de ceramische 50 Ohm weerstand waar alles op gebouwd is.

Ik was de eerste keer, drie jaar geleden aardig teleurgesteld door de meetresultaten die de schakeling opleverde...
Het ruisgedrag was in ieder geval het beste wat ik ooit uit een Referentie schakeling gemeten heb.
De Audio Precision kan het niet meten, het zit in zijn ruisvloer bij de kleinste bandbreedte die ik kan instellen.
Ik meet zoiets al 0,8uV ja ik bedoel rond de 800nV! de ruisvloer van mijn meetinstrument.

De drift die ik toen zag op mijn meetinstrumenten werk ik niet blij van...
Ik was er al snel achter dat het niet direct in de schakeling/oven zat,
maar bij wat er gebeurde na de bedrading die uit het blikje kwam waar het geheel in gebouwd zat.

Deze week heb ik het blikje weer van de plank getrokken en er nogmaals mee gespeeld, aan de Agilent 34461A gehangen voor een paar dagen.
In het begin had hij ook nu weer aardig wat drift, maar dat zat eigenlijk niet dominant in de Referentie schakeling.
De meetkabels gooide roet in het eten, deze kabel, BNC naar twee krokendillen bekjes en deze vastgezet op de aansluitpunten van het stukje print waar het blikje op gemonteerd is geven de extra drift, ja Mr. Seebeck is weer de schuldige ;-)

Het geheel in een isolered zakje gedaan (waar TI zijn samples in verstuurd) en ik was de meeste drift kwijt, dat gaf goede hoop.
Toen verder gaan zoeken om de drift te verkleinen en uitgezocht waar nog meer pijnpunten zitten in mijn meetopstelling.

Ook de drie nieuwste 6,5 digit multimeters onderzocht, hoe stabiel zijn die eigenlijk?
Ik zit met een aantal zelf gebouwde Referenties voorbij de stabiliteit van deze meetinstrumenten...

Dan nu wat plaatjes ;-)
Dit is de electronica van de kachel, je zit bovenaan de LM335a gelijmd op de ceramische weerstand.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-02.png

Dit is de Referentie kant, rondom een stukje koperdraad aangebracht voor een lage DC weerstand/impedantie.
Rechts bovenaan, kan je de vier Zeners zien, deze zijn "stress vrij" gemonteerd.
De LT1007 natuurlijk op zijn rug gemonteerd :-)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-03.png

Nu zijn de zeners beter te zien.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-04.png

De referentie kant is klaar.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-05.png

Zo komt het printje in de eerste isolerende laag gemonteerd.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-06.png

Je kan hier ook de binnezijde van het blikje zien met de dubbele laag isolatie.
De Alu folie dient er voor om de energie zoveel mogelijk in het doosje te houden.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-10.png

Gemonteerd op en stukje print met de aansluit pennen (het grootste probleem!)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-11.png

En dan nu wat opmerkingen over de meetinstrumenten.
Als eerste een overzicht van bijna 2 uur meettijd.
De 34401A geeft de totale opgenomen stroom weer van het foto moment.
Het opgenomen vermogen is ongeveer 0,73 Watt bij 16V voedingsspanning.
Maar let op de andere drie multimeters, je ziet duidelijk verschillend drift gedrag...
Alle drie de multimeters zijn op het 10V bereik ingesteld, 100NPL en hierna ge-nuld.
Je ziet een duidelijke andere drift voor de 34461a dan de TEK DMM4050.
Bij de DMM4050 zie je de waarde rustig omhoog lopen en bij de 34461a zie je dat hij eerst omhoog gaat en daarna weer naar beneden.
Het was me al opgevallen dat de 34461a gevoeliger was dan de DMM4050 en dit bewijst het.
Denk nu niet dat de 34461a slecht is, hij is b.v. een stuk beter wat drift betreft dan zijn voorganger de 34401a.
De DMM4050 is natuurlijk wel bijna 50% duurder dan de 34461a.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-12.png

Om een indruk te krijgen van de ruisvloer van de 34461a heb ik het meetinstrument weer op 10V gezet,
en de ingang afgesloten met een kortsluitplug en toen ruim 1,5 minuut gemeten, dit weer bij 100NPL.
de ruis bij deze instelling is dus binnen deze meettijd 3uV PP van het meetinstrument zelf.
Voor de indruk 10uV is 1PPM op het 10V bereik, de ruis is dus 0,3PP bij deze meettijd.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-15.png

Een plaatje van een wat kortere meettijd, ongeveer 0,2PP ruis van het meetinstrument zelf.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-Quad-Zener-Ref-14.png

De ruisband die je ziet op de meetinstrumenten is dus vrijwel geheel van de multimeters zelf.
De 34461a is eigenlijk niet geschikt om heel nauwkerig te meten wat drift betreft, behalve als je het meetinstrument in een redelijk stabiele omgeving houd wat temperatuur betreft.
(Je kan natuurlijk heel goed drift meten met een 34461A, maar het heeft niet veel zin als de referentie die je meet binnen de 1PPM blijft)

Na deze metingen te hebben gedaan ben ik eens gaan kijken welk meetinstrument het nu beter doet.
De eerst die in mijn hoofd opkwam doet het duidelijk beter, de KeySight 3458a, maar ze hebben ook nog een 7,5 digit meter die een gat slaat van rond de 5000 Euri in je bankrekening.
Het is de 34420A, maar als je kijkt naar de ruis specificaties, dan is dat maar marginaal beter dan mijn DMM4050 multimeters.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/34420A-Noise.png

Voorlopig kan ik maken wat ik wil, maar ga steeds meer de drift van mijn meetinstrumenten weergeven i.p.v. de referenties die ik maak...

Shoot @ it en gegroet,
Blackdog

10-nov-2014
Vele fouten verwijderd pfff ;-)

Leuk. Ik bedoel dat wit met blauw blikje. ;)

Dan een vraag m.b.t. de voeding van de op177 (en ook van de lt1007).
Ik zet vaak een kleine weerstand in de voedingslijn. Bijv. 22 ohm tussen een grotere C10 en de + van de voeding. Dus niet de irf, q3, achter die 22 ohm maar q3 rechtstreeks op de voeding.
Ik weet dat veel opamps een uitstekende voedingsrimpel onderdrukking hebben. Echter is dat meestal alleen voor lage frequenties het geval. Heb je dit al eens geprobeerd of overwogen?

Ha die René,

Fijn dat je het blikje wardeert ;-)

Wat betreft de ontkoppeling van de opamp schakelingen, ik denk dat dit hier eigenlijk niet aan de orde is,
alles speeld af onder de 10Hz...
Verder komt het geheel nogmaals in een metalen behuizing, dit geeft nog beter afscherming tegen RF en Temp wisselingen.

Misschien twee ferriet kraaltjes om de sense en +10V aansluiting om het HF te dempen dat naar binnen wil.
De opset over de bedrading binnen de behuizing ben ik nog niet helemaal uit.

Het geheel wordt weer gevoed uit 2x een LM317 voeding, Kachel en Ref. krijgen hun eigen voeding.

Jouw voorgestelde techniek heb ik wel gebruik bij breedband versterker trapjes die achter elkaar stonden.
Dat heb ik wel geleerd bij het maken van IF versterker trapjes die moeilijk stabiel te krijgen waren (100dB gain 10,7Mhz) dan moet je wel :-)

Gegroet,
Blackdog

Erg indrukwekkend wat je allemaal hebt ontworpen, gebouwd en getest. Grote Klasse!
Ik vraag me af of de drift nog wat beter wordt als de potmeter als deler wordt geschakeld in plaats van als variabele weerstand. De tc ervan is vast niet gelijk aan die van een goede metaalfilm.

Groeten,
Bert

Ha die Bert,

De instelpotmeter is "geschaald" dus een klein regelbereik.
Ik zou het nog eens na kunnen rekenen hoeveel PPM regelbereik hij heeft.
Door de schaling doet de drift (meestal rond de 100PPM/C) er niet zo veel meer toe.
Het geheel zit in een oven dus veel temp drift zal ik niet hebben...
Maar de potmeter kan wel mechanische drift hebben.
Ik wist toen ik deze Referentie bouwde niet van het bestaan van de mooie Vishay trimpot, kosten wel 15 Euro/stuk maar zijn veel stabieler en springen niet bij het draaien.

Om kort te zijn, ja, zonder potmeter zal het nog beter kunnen worden maar niet te tunen...

Gegroet,
Blackdog

Schitterend, zowel schakeling, opbouw als uitleg.
Ik begin me -bijna- af te vragen wat ik hier nog doe...;)

Wat mij wel verbaast is de toepassing van 0.02% en 0.1% weerstanden in de terugkoppeling van de opamp: de uitgangsspanning wordt naderhand afgeregeld met de multiturn en een -klaarblijkelijk proefondervindelijk te bepalen: "select"- weerstand van 55k8 (zonder tolerantie aanduiding dus waarschijnlijk 'gewoon' 1%)...
Kennelijk is hier meer aan de hand dan alleen die tolerantie.

De 6k19 van de sommeringsweerstanden lijkt op eerste gezicht ook wat vreemd, maar blijkt bij narekenen iets te maken te hebben met het minimaliseren van de door de biasstroom gegenereerde offset (al ligt 6k34 dichter bij de gewenste 6.281k).
Hoewel, die offset is natuurlijk óók met de trimpot weg te regelen...
Ook hier zal dus wel iets meer meespelen dan wat er op het eerste gezicht te zien is.

Hoi Blackdog,

Mee eens.
Ik weet niet of ik goed overkom.
Wat ik eigenlijk bedoelde is om de potmeter op de uitgang te zetten en de loper met een hoogohmig weerstandje naar de deler.
Dit om wat voor drift dan ook (mechanisch of temperatuur) kleiner te maken, want ik neem aan dat de deelfactor van een potmeter veel stabieler is dan de weerstand.

Groeten,
Bert

Hi fatbeard,

Deze Referentie is grotendeels opgebouwd met wat ik 3,5 jaar geleden had liggen en mijn kennis van toen :-).
Ik heb mijn best gedaan de bias te compenseren en volgens mij is de 2k5 geen 2k5 maar 2K54.
Omdat ik een grote hoveelheid van die waarde een keer op een beurs heb gekocht.

Het is niet perfect, maar ik mag niet klagen...

Bert
Er zijn meerdere manieren om te "tunen" maar de tuning buiten de oven brengen is om drift vragen.
In mijn hoofd heb ik ook nog een opsetje om met een digitale potmeter dit te doen, 256 stapjes, samen met een geselecteerde weerstand moet dan + en - 10 PPM moeten regelen.
Maar dat komt later met een andere referentie wel hier eens voorbij.

Gegroet,
Blackdog

Blackdog,
Ik heb (o.a. ;) ) de datasheet van de ADR445 bekeken. Zoals verwacht een goede ripple rejection ratio bij lage frequenties. Beter dan 80dB onderdrukking tot ongeveer 1kHz. Maar bij 1MHz wordt dat iets van 20dB. Dat blik houdt de middengolf zenders wel tegen maar zonder blik zijn er toch extra maatregelen nodig.
Niet elke na-bouwer van deze schakeling is even secuur en heeft de beschikking over zo'n mooie behuizing. :)

Ik verwacht dat de schakeling met de Ina125 erg lijkt op de "oude" heater. (als je de interne structuur van een TI Ina bekijkt. Dat moet ik voor dat specifiek IC trouwens nog doen.)

De 10k 0,01% weerstanden die je met de 6,5 digit Agilent bij Fred gemeten hebt, geven op een van mijn Keithly's precies dezelfde resultaten. Al mijn 5,5 digit, en betere, meters zitten binnen de specs.

Hi rbeckers,

Wat betreft de onderdrukking/afscherming goede manier van bouwen.
Als er hier iemand is die de schakeling wil gaan nabouwen en die denkt het met minder afscherming/isolatie ed ook kan, dan is die persoon in mijn ogen een sukkel :-)
Verder blijft mijn mening dat ieder maar moet doen waar hij of zij zin in heeft,
maar niet klagen dat het niet werkt zoals ik het aangeef.

Wat betreft de ovencontroler met de INA125, hier vast een voorproefje.
Het breinschema is omgezet in een Splan schema, het is nog niet electrisch getest!

Beetje uitleg van dit schema...
http://www.bramcam.nl/NA/NA-INA125-OvenControler/NA-INA125-OvenControler.png

De referentie is zo geconfigureerd dat deze 10V out geeft op de Ref uitgang.
Deze Ref uitgang stuurd één helft van de brug aan, dat is R1 met de waarde "x"
"x" hangt af van de eigenschappen van de NTC welke "B" karakteriestiek deze heeft.
Bij een type van Hygrossens dat ik hier heb met een "B" van 4361 kom ik voor 45C uit op 41,5K.

Waar is nu de andere helft van de brug...
Ik gebruik daar de spanningsdeler van de referentie schakeling voor, de - aansluiting van de diff ingang hangt daar aan vast, pin7 aan de "+5V" aansluiting.
Dat scheeld weer twee weerstanden :-)

Waar ik nog mee moet spelen is de gain van de diff amp, deze staat nu op ruim 10.000 maal ingesteld.
Per oventje wat ik verwarm met deze schakeling, zal ik uit moeten zoeken hoeveel gain ik kan gebruiken
voor het onstabiel wordt.

Vishay weerstanden

Het is mooi dat de waarden van de weerstanden goed overeen komen, heb je ze al in een BimBox gebouwd?

Terug on topic,
Gisteren en vandaag ben ik ook wezen uitzoeken hoe goed nu de standaard referenties zijn wat ruis betreft.
Zoals de 7001, 732 en de 734 referenties van Fluke, dat is niet echt super...
Ik zal nog wat meer onderzoek moeten doen hiernaar, de specifikaties zijn een beetje drijfzand, zoals gewoonlijk...
Vaak wordt er een RMS waarde gegeven, soms wel en soms niet bij een bepaalde bandbreedte, je zoekt het maar uit!
Ik heb hier wat zitten meten met ruis uit de functie generator samen met de meetfunctie van de HAMEG scoop.
Daar zit volgens de meter op de scoop ongeveer een factor 8 tussen PP en RMS.

Ik weet nog te weinig om een goede conclusie te trekken, later meer hierover.

De referentie staat nog steeds aan en hij "lijkt" steeds stabieler te worden volgens de meters.
Als je de gebruiksaanwijzingen leest van verschillende referenties,
hebben ze het soms over meerdere dagen voor ze hun specs pas halen.
Bij één zo'n ding had men het zelfs over een tijdconstante van 17 dagen bij zoveel procent luchtvochtigheids verandering voor 1PPM drift ??????

ff meten is dus niet mogelijk ;-)

Gegroet,
Blackdog

Bimboxen zijn nog niet gearriveerd. (En ik ben geen uitblinker in gaten boren ;) )
Maar die 0,01% weerstanden zijn handig om multimeters te controleren.

Misschien is het een optie om een, eventueel twee of meer kleuren, LED aan een uitgang te hangen als indicatie.

Dit gebruik van o.a. de interne referentie van die INA is een goed voorbeeld waarvoor die serie gemaakt wordt.
Die gain is inderdaad hoog.

M.b.t ruis.
Zonder o.a. bandbreedte is een vergelijk zinloos.
Je Hameg scoop is een goede scoop. Zeker met die laatste firmware.
(Ik had bij Fred een oudere firmware op de SA.)

Hi René, :-)

Ik begrijp niet helemaal wat je bedoeld met de LED's.
Heb je het over de ovencontroler dat je kan zien wat de toestand van de oven is?

Het is eventueel wel de bedoeling een indicator te maken, mar weet alleen niet of deze in dit schema komt.
Ik kan in het voedingsdeel ook de stroom sensen en daarmee LED's aansturen.

Ik wil een controler schakeling met zo min mogelijk onderdelen maar wel zo goed dat de oven zeg binnen 0,02C blijft bij normale LAB temperatuur variaties (15 - 30C)

De totale "gain" van de schakeling wordt door de NTC de weerstand aan de NTC, de diff amp gain en de gain van de Fet bepaald.
Hoeveel gain er max mag zijn voor een mooie regeling hangt sterk af van de thermische massa van de oven en de koppeling van de NTC aan de oven.

Bij een van mijn ovens had ik instabiel gedrag zonder de oven te isoleren, de regeling werd nooit rustig...
Met een beetje isolatie was dit probleem geheel verdwenen.
Zoveel variabelen die meespelen.

Als eerste ga ik de schakeling testen met een van de ceramische weerstanden die ik vaker gebruik, een enkele en twee naast elkaar zoals bij mijn PT1000 versterker.

De Hameg
Wat ik mis bij de hameg, is de uitleg hoe de digitale meter werkt.
Hij lijkt niet afhankelijk van de gevoeligheids stand van het desbetreffende kanaal en ik kwam volgens mij, bij AC metingen ook nog een bandbreedte beperking tegen.
Ik zal dat eerst verder moeten onderzoeken voor ik hier opmerkingen over ga maken.

Jammer dat je zo ver weg woond, anders zou ik je kunnen helpen met je kastjes, je mag het ook opsturen, dan doe ik het voor je ;-)

Gegroet,
Blackdog

Er zijn verschillende mogelijkheden.
- Parallel aan R4 (50 ohm) een LED met weerstand, is erg eenvoudig.
- Venstercomparator met een rood/groene LED
- Thermometer

Meestal zit bij een firmware ook een tekstfile met wijzigingen en een manual of er staat een nieuwe manual op de site.

Bedankt voor het aanbod.

Hi Heren,

Nog wat info over Referenties om mijn meetresultaten in perspectief te zien...

Laten we beginnen met twee plaatjes betreffende een van de beste Zeners die er te krijgen is, de LTZ1000 en de LTX1000a.
De LTZ1000a verschilt van zijn voorgangen doordat de chip beter geisoleerd in de behuizing is aangebracht.
Hierdoor heeft de omgevings temperatuur minder invloed ook het Seebeck effect van de Kovar aansluit draden zou hierdoor beter moeten zijn.

Eerste plaatje
De drift van de LTZ1000 van de eerste 30 dagen aanstaan, dat is ongeveer 1,5PPM drift.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/LTZ1000-Drift-01.png

Dit is de verwachte ruis piek piek bij twee stromen, onderaan 0,5mA en de bovenste 4mA, de schaal is 2uV/Div.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/LTZ1000-Noise-01.png

Dit is een plaatje over de spanningen die worden opgewekt door verschillende type connectoren.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/Seebeck-Errors-1.png

Dit is een lijstje met de spanningen die worden opgewekt tussen koper en andere materialen.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/Seebeck-Errors-2.png

Hier kan je zien wat een klein beetje afscherming tegen "tocht" kan helpen bij de stabiliteit.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/Drift-Errors-2.png

Er zijn dus zeer veel zaken waar je rekening mee moet houden wil je wil je een klein beetje stabiele referentie bouwen.
En heb je die dan uiteindelijk, dan kunnen de aansluitkabels en connectoren nog roet in het eten gooien.
Live Sucks ;-)

Gegroet,
Blackdog

Ha die Raaf12, :-)

Deze referenties kopen via e-bay is vragen om besodemietert te worden,
Ik heb ze direct via LT in America, daar loop je wel financieel op leeg.
De BTW en de invoerrechten, hierdoor betaal je het dubbele...

De LTZ1000a daar heb ik er twee van, en ja daar wordt ook een referentie mee gebouwd.
Wat ik hierboven wou laten zien is dat er nog veel meer zaken belangrijk zijn dan de Referentie zener.
Er loopt op EEVBLOG een lang topic over de goede instelling van de LTZ1000 en LTZ1000a met daarbij welke weerstanden je zou moeten gebruiken voor de beste stabiliteit.

Gegroet,
Blackdog

[Bericht gewijzigd door blackdog op (22%)]

Hi Heren,

Hier een beetje info over oven regelaars die ik maak voor het op temperatuur houden van spannings referenties en/of meetversterkers.

Deze keer weer een oventje gebouwd op een BPR10 weerstand.
Deze keer heb ik het iets ander aangepakt, eigenlijk niet helemal de goede manier.
De rede waarom het niet helemaal de goede manier is, is omdat ik twee zaken betreffende de regeling tegelijk aanpak.

1e
Aan de kant waar de electronica komt heb ik deze keer een dikke laag koper aangebracht, ongeveer 0,4mm.
Dit heeft als gevolg een veel grotere thermische massa en ik hoopte hiermee een betere stabiliteit te krijgen.

2e
Verandering van de regelelectronica, hier de INA125.

Om met de uitkomst te beginnen, nop, niet goed genoeg maar eerst even wat uitleg waarom ondermeer het vergroten van de Thermische massa geen goede optie is.

Zie die dikke koperplaat, maar als een pak suiker van 1 Kilo, voor de zuipschuiten onder ons, b.v. een fles Whiskey van 0,75 liter.
Dit gewicht breng je veel langzamer naar je mond dan een klein glaasje Whiskey.
Je heb grote dorst, dus je wil snel naar binnen hebben.
Die kilo fles krijg je nooit snel naar je mond, en op tijd gestopt, zonder je gezicht te beschadigen.
Met een klein glaasje heb je de drank sneller binnen en je gezicht blijft heel.
Dat is een beetje de analogy waar je tegenaan loopt met meer thermische massa.

Daar zijn allerlij oplossingen voor, maar de opset was ook, een simpele regelaar om de kosten laag te houden en makkelijk op te bouwen.

Eerst even twee versies van het schema.
De gene die nu staat te testen, hierbij is de stroom door de kachel weerstand niet begrenst.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-16.png

De dit is de versie met een paar extra onderdelen, om de stroom daar de kachel weerstand te begrensen.
De stroom is hier een net minder dan 100mA.
Hierdoor is vanaf koude toestand de overshoot maar een paar graden en 10 graden.
Denk weer aan de fles Whiskey, deze weerstand begrenst de snelheid waarmee je hand de fles naar je mond kan brengen, ondanks dat je het 3x sneller kan.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-17.png

Ok, even de uitleg van de schema's.
Wat ik al eerder had aangegeven de INA 125 heeft bijna alles in zich voor een ovencontroler.
Er is een spanningsreferentie die je in kan insteleln op 2,5, 5 en 10V.
Ik gebruik hier 10V voor een de 100K NTC en de weerstand van bijna 45K, er loopt dan net iets meer dan 0,1mA door dat deel van de brug.
De andere deel van de brug bestaat uit een aftakpunt van de spannings deler die de referentie spanning insteld.
De - ingang van de verschil versterker (7) zit verbonden met pin (15) waar 5V op staat.
De Diff amp is in balans, als op de +ingang, dat is hier pin (6) dezelfde spanning staat als op pin(7), 5V dus.

Daar de NTC rond de 100K is bij normale LAB temperatuur en uitgeschakelde oven krijg je dus bij het inschakelen dat de +ingang een hoger spannings niveau heeft dan de negatieve ingang.
Hierdoor gaat de uitgang (10) omhoog en krijgt de MOSFET sturing op zijn Gate.
Hierdoor gaat er stroom lopen door R6 of R7 hangt er vanaf in welk schema je kijkt (de 50 Ohm BPR10)
Deze wordt nu warm en als er voldoen de energie is toegevoerd is de NTC doe goed Thermisch gekoppeld is met de weerstand de zelfde waarde als R1 (44,75K voor mijn 40,5C) en nu krijgt de gate minder sturing.
Als het nu goed is, gaat er een balans ontstaan tussen de energie die nog weglekt en de energie die wordt toegevoerd door de stroom die door de BPR10 gestuurd wordt.

Hieronder een lijstje van mijn emperisch onderzoek, het is geen wetenschap :-)
De stabiliteit van de oven, hangt ondermeer af van de volgende zaken:
1e
De hoeveelheid "piek" energie.

2e
Gain van de regelelectronica.

3e
Hoe goed is de temperatuur sensor gekoppeld met het verwarmings element.

4e
Hoeveel energie lekt er weg, dus hoe goed is de isolatie.

Nummer-1
Het oventje zoals het nu staat te testen trekt ongeveer 18mA bij 15V voeding en 21C LAB temperatuur.
Dit is rond de 0,27 Watt.
Zonder de stroombegrensings transistor (Q2) loopt er bij het inschakelen rond de 0,3Ampere en dat is 4,5Watt.
Die 4,5 Watt is weer de snelheid waarmee je die fles Whiskey naar je gezicht brengt.
De 4,5 Watt is 15x meer dan nodig voor een Equilibrium, dit oventje hoeft niet op de noordpool te werken
(meer energie nodig in een koude omgeving) en door de overshoot die optreed duurt het uiteindelijk langer
voor de oven in balans is.

Nummer-2
Hoe meer "gain" je hebt, des te heftiger wordt er gereageerd als de brug uit balans raakt.
De MOSFET wordt dan agressiever aangestuurd voor hele kleine veranderingen van de temperatuur (ook de ruis in het regelcircuit)
Meer gain is nodig voor als je de temperatuur zeer precies wilt regelen.
Zoals in wetenschappelijke toepassingen kleiner dan 0,001C.
Uit mijn ervaring met bouwen van oventjes kan ik je vertellen dat dit zeer moeilijk is...
De opbouw vereist net zoveel aandacht als een zeer goede spannings referentie...
Je hebt een goede spanningsreferentie nodig om de brug aan te sturen, een goede ruisarme opamp.
Stabiele temperatuur sensor enz...

Nummer-3
De temperatuur sensor moet zeer goed gekoppeld worden met het verwarmings elementen op de goede plaats.
Er moet zo min mogelijk "LAG" optreden, in het Nederlands, vertaging in het meten van de temperatuur.
Hoe beter de koppeling en de goede plek gekozen, dan kan de gain hoger worden zonder dat er instabiliteit optreed.

Nummer-4
Ook deze keer heb ik de electronica eerst op een breadboard gehad om te kijken hoe de regeling was
en hoeveel gain ik nodig had om het stabiel te houden.
Maar laat dat maar achterwegen, dat is net zoiets als een stabiele 100Mhz oscilator op een breadboard bouwen,
dat gaat je niet lukken!
Ik had hierboven al aangegeven dat ovenelectronica een precisie schakeling is.
Dit geld dus ook voor de isolatie, zonder isolatie is het bijna niet mogelijk een stabiele regeling te maken.
Bij een paar oventjes van mij is dat wel gelukt, maar het is echt lastig.

De oven moet eigenlijk lucht dicht zijn, of zo veel mogelijk.
Heb je een wat grotere oven, dan zal je ook rekening moeten houden met de thermiek in de oven.
Dus als het gaat de lege ruimte in de oven vullen met wat "watte".

Genoeg georakeld, plaatjes tijd!
Wel eens meer laten zien, dit is de weerstand, deze koperzijde komt de IN125 ovenelectronica.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-4.png

Hier is de Power MOSFET en de ontkoppel condensator. Over deze MOSFET straks meer aan het einde van dit topic.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-5.png

Lastig solderen met zoveel koper maar het is gelukt.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-6.png

De 100K NTC (gele cirkel) met een beetje 10 seconden lijm vastgezet.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-2.png

De ovenelectronica de twee weerstanden in serie steleln de oventemperatuur in,
rechts zie je een 1K weerstand tussen pin 8 en 9, deze steld de gain is van de INA125.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-7.png

Dit is de PT1000 sensor aan de kant waarde electronica komt die op temperatuur gehouden moet worden
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-11.png

Lekker kliederen ;-) de 100K NTC bedolven onder de blauwe thermische lijm, voor een nog beter thermisch contact.
Je kan hier ook zien dat de waarde van de gain weerstand flink omhoog is gegaan, hier 2,4K.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-10.png

Het oventje zit hier in twee doppen van zeep flessen met een piepschuim dekseltje.
Dit is niet voldoende goede isolatie, deze tocht nog...
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-12.png

En hier een plastic bakje van een "toetje" dat het zeepfles dopje redelijk afsluit.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-13.png

De bovenste multimeter geeft de temperatuur aan nadat de meter is "ge-nuld" je ziet de drift in 2,5 minuut,
De brede band is de ruis van de multimeter, tussen de minimale waarde en de maximale waarde is hier 0,01C
De onderste meter geeft de stroom aan die er loopt, dit is dus rond de 17,5 mA en je ziet dat de gain toch nog iets te hoog is.
De stroom slingert nog een beetje maar dat is eigenlijk niet terug te vinden in de temperatuur dit door de ruis van de multimeter.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-15.png

Als laatste nog even over de MOSFET, dat was niet zo wijs om deze hier toe te passen maar dit was de enige in dit kleine formaat die ik had liggen.
Dit is een hele "dikke" MOSFET, in het geheel niet geschikt voor deze toepassing.
Deze IRF3707 kan zo'n 60 Ampere schakelen, de gain van deze MOSFET is erg hoog
en ik gebruik hem ook nog in een stukje van de karakteristiek dat niet echt gunstig is.
Dit is ook de rede dat de gain weerstand van de INA125 flink omhoog is gegaan.
Om de stijlheid van de MOSFET een beetje te dimmen, heb ik in het schema de 4K7 en 10K tussen de Gate en de INA125 gezet.
Ik had hem veel beter als Source volger kunnen toepassen of en BD139 als Emittor volger gaan gebruiken.
Dan had ik de gain beter/mooier kunen instellen met de gain weerstand van de INA125.
Dit voor de volgende testversie ;-)

Mooi, Shoot @ it!

Gegroet,
Blackdog

Mooi verhaal en weer leuk om te lezen.
Als je R7 flink vergroot, wordt de versterking lager en heb je niet zo'n last van die (te) grote Mosfet. Lijkt mij beter dan de gate spanning in te tappen.

Groeten,
Bert

Hi Bert_Camper, :-)

R7, je bedoeld de BPR10 weerstand?
Ik ga daar even van uit, deze weerstand is er niet in veel waarden bij de leverancier, maar ik heb wel een paar van 100 Ohm liggen.
Daar kan ik bij 15V dan nog voldoende energie in krijgen, misschien zelfs nog iets te veel.

En dan dit nog.
De kachel was al een deel gebouwd een tijdje geleden, de kant met het dikke koper (0,4mm) was al klaar.
Ik had de kachel elektronica op deze kant moeten bouwen...

Nogmaals, de kachel is op de "dunne" koperkant gebouwd en ik vroeg mij af waarom er ondanks de lage gain en toch nog een slinger beweging optreed van de stoom door de kachel...

Dit kwam vanochtend tot mij toen ik net wakker werd.
Mijn sensor zit een beetje op de wip...
In koude toestand is de MOSFET volledig uitgestuurd en genereerd minder dan 1mW aan warmte.
Dit wordt helemaal anders als de MOSFET uit geleiding komt, de energie die nodig is wordt dan door zowel de BPR10 weerstand en de MOSFET geregeld.

Tijdens het regelen als hij nog niet echt in balans is golft dus de warmte tussen de MOSFET en het heetste punt van de BPR10.
Zie het maar als water (of Whiskey *grin*) dat tussen de twee warmte genererende onderdelen heen en weer gaat, met de sensor er tussen.

Dus..., om de bovenstaande aannamen te controleren, haal ik de sturing van de MOSFET los en hou deze buiten de oven.
Als het "golven" van de kachelstroom dan weg is en de gain kan omhoog, dan heb ik weer wat geleerd :-)

Plaatje met wat de warmste punten zijn.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-18.png

Misschien vandaag nog uitsluitsel hierover, maar sla mij gerust om de oren als ik hier onzin verkoop ;-)

Gegroet,
Blackdog

:+ Zelfs als het onzin zou zijn, is het nog steeds onzin van zeer goede kwaliteit...

Hoi Bram,

Daar zit wat in, is een experiment waard.
Ik bedoelde niet de kachelweerstand, maar de source weerstand van de Mosfet, R7 in jouw tweede schema.
Edit: Ik kijk nu pas goed naar je multimeters. Die zeer kleine oscillatie is toch wat vreemd. Met wat fantasie zie ik dezelfde frequentie ook in de temperatuur (?). Inderdaad lastig te zien of dit klopt door de dominante ruis.
Geven beide multimeters de juiste polariteit aan? Het valt mij op dat de temperatuur stijgt als de stroom daalt.

Groeten,
Bert

Edit: oops, had een verkeerde naam voor je...

Hi Bert_Camper,

Of zal ik je Hendrik noemen, want mijn naam is Bram en geen Fred ;-)

Wat het tegengesteld gedrag betreft, de meters zitten goed aangesloten.
Alleen treed er soms veel "LAG" op.

Ik ben weer een stukje verder (administratie moet maar even wachten, dit jeukt meer :-)
Als eerste had ik de MOSFET buiten de oven gebracht, dat was geen goede optie.
Bijna alle energie die verstookt werd ging in de MOSFET.
De oorzaak is natuurlijk de in verhouding lage BPR10 weerstand.

De tweede stap was de stroombegrensing opnemen door het aanbrengen van de Source weerstand en de 2N3904.
Na het zoeken in de bak met mini weerstanden vond ik de waarde 10 Ohm.
Deze 10 Ohm zit er nu in, zie onderstaande plaatje.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-19.png

Om te laten zien hoe fout de situatie was met alleen de MOSFET buiten de oven zie de horror van dit plaatje.
Nee, dit is geen DMM4050 omgehackt tot Spectrum Analyser ;-)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-20.png

Dit is de situatie van de laatste 17 minuten, boven is weer te temperatuur met de ruisband en wat uitschieter
van stoorpulsen hier in het LAB.
De ruisbalk is ongeveer 4 a 5 milli-C hoog.
Op de onderste meter zie je dus de stroom nadat de meter is genuld, de hele drift die je ziet valt binnen 200uA.
Dit op een stroom van bijna 20 mA, de hele variatie zit dus binnen de 1% en er is geen sinusvormige variatie (oscilatie) meer te zien.

En dit alleen door de stroombegrensing?
Ik dacht het niet, ik heb met het plaatsen van de stroombegrensing nog iets veranderd aan de schakeling.
Daar heb ik niet aan gedacht toen ik het toepaste.
De Source weerstand heeft natuurlijk nog een effect! tegenkoppeling, de enorme stijlheid is nu uit de MOSFET verdwenen.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-Quad-Zener-Ref/NA-INA125-OvenControler-21.png

En begin me nu af te vragen of ik de BPR10 weerstand wel nodig heb :-)
Denk even mee, er staan nu drie weerstanden in serie die vermogen dissiperen.
De 50 Ohm BPR10 waar alles op is opgebouwd, dan krijgen we de MOSFET en als laatste de stroombegrensings weerstand van 10 Ohm.

De BPR10 dissieerd bijna 41mW, de 10 Ohm weerstand dissipeerd 3,24mW zeg beide rond de 45mW, de rest van het vermogen 15x 18,5mA = 277,5mW - 45 = 232,5 mW wordt door de MOSFET gedaan...

Het ziet er nu goed uit, maar er al nog een test moeten worden gedaan, testen dus hoeveel gain ik kan gebruiken zonder dat het onstabiel wordt.

Bert,
Geen probleem, praat hier lekker mee, veel zaken is voor mij ook trial en error aangevult met aannames.
Dus spui gewoon je opmerkingen :-)

Gegroet,
Blackdog

Hoi Bram,

Dat ziet er super uit! Ik wilde inderdaad de -virtuele- steilheid van de Mosfet verlagen met de source weerstand.
Ik ben benieuwd hoe het er uit ziet zonder de BPR10 weerstand.
De NTC zit nu vlak tegen de Mosfet op het bord. Heb je geprobeerd om hem juist ver weg te zetten op het bordje? Dan creëer je een thermisch RC filter wat mogelijk goed is voor de stabiliteit van de regellus.

Groeten,
Bert

Ha die Bert,

Ja dat vraag ik mij ook af...
Ik ga er een maken zonder de BPR10 weerstand met een paar laagjes van de dunne dubbelzijdige print die ik gebruik op elkaar gelijmd.
Zodat het wat steviger word en ik ook wat meer thermische massa heb.
Ik denk dat ik het 25x50mm maak en twee MOSFET's gebruik om de energie enigszins te verdelen, leuk!

Jammer is alleen dat de INA 125 redelijk prijzig is, rond de 6 Euro bij Reicheld.
Ik heb nog niet een vergelijkbaar IC gevonden waarmee ik met zo weinig componenten een vrij goede oven kan maken.

Het meest heb ik de LM10 toegepast in oventjes, deze heeft een referentie en een opamp in een IC.
De referentiespanning is wel wat laag om hem niet te gaan schalen 0,2V output.
Het niet schalen van de referentie scheelt 2 weerstanden, maar wat ik zij, dan is de brugspanning wel erg laag met 0,2V met de daar bij behorende slechter ruisgedrag van de brug.

Eerst de gene die nu nog staat te testen voorzien van wat meer gain en dan een nieuwe maken zonder de BPR10 weerstand.
Ik zal het hier laten zien op CO.

Gegroet,
Blackdog

Op Ebay zie ik de INA125 voor $4,99 met gratis verzending uit Hongkong. Bij dit soort producten hoop ik altijd maar dat het geen namaak is.