Labvoeding eigenschappen, meten & vergelijken

miedema

Golden Member

Labvoeding eigenschappen, meten & vergelijken

Na al het gepraat over voedingen ben ik hier bezig om de prestaties van mijn voedingen te bekijken. Dan heb ik het vooral over de prestaties van het regelcircuit. Dus: uitgangsimpedantie, brom & ruisvloer, regelgedrag bij veranderende stroom, inschakelgedrag, stabiliteit van de uitgangsspanning etc.
Dingen als minimale netspanning, gedrag bij lichtnet brownout etc. ben ik nu minder in geïnteresseerd.
Aanleiding is ook om een beeld te krijgen van een gemiddeld prestatieniveau van een labvoeding, om daarmee genuanceerder te kunnen kijken naar de prestaties van de CO voeding, en het ontwerp van Blackdog.

Ik heb hier de volgende voedingen waar ik aan ga meten & vergelijken.
Als schot voor de boeg wil ik die in deze eerste post voorstellen:

Mietro / Josti 723

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/IMG_4423_Mietro-Josti_voeding-600pix.jpg

Dit is een klassieke 723 + eindtorren voeding. Dit is lang mijn meest gebruikte voeding geweest. Hij is rond 1975-1980 door mijn vader gebouwd op basis van Josti kit NT300. Hij levert 3...35V / 1A. De ruwe hoofdvoeding is wat krap bemeten, er komt met moeite 1 Amp uit. In de praktijk is dat veel vaker een voordeel dan een nadeel gebleken. Als je iets echt fout doet, dan zakt de voeding in, en blijft je schakeling (meestal) heel. De passieve koeling is beperkt, toch wordt de voeding zelden heet.
Ik heb ook een nadeel van een draaispoel stroommeter ontdekt: als je iets ECHT fout doet kunnen ze als smeltveiligheid fungeren..... Gelukkig vond ik op de Lichtmis een identieke meter.
Edit: schema van de Mietro-Josti NT300: http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/Mietro-Josti_kit_NT300_voedin…

Kenwood PA18-6A

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/IMG_4425_Kenwood_PA18-6A-600pix.jpg

De Kenwood voedingen hadden in Japan een uitstekende naam. (Kenwood heeft T&M inmiddels verkocht aan Texio)
Dit is een lineaire labvoeding volgens klassiek concept: Harrison opzet (zelfde als Blackdog en CO voeding). Hij levert 0...18V / 6A De trafo wordt in 3 stappen met relais geschakeld: 6-12-18V. De koeling is passief (grote koelvin achterop). Bij de volle 6Amp en een ongelukkige uitgangsspanning kan die koeler flink heet worden. Maar dat gaat prima, zolang de voeding niet ingebouwd staat.
Dit is een prima accu vervanger op de bench. Als standaard labvoeding is de flinke uitgangsstroom eigenlijk onhandig. Er gaat te makkelijk wat fout. Dat komt ook omdat de stroombegrenzing omslachtig in te stellen is (De klassieke methode: stroom op nul, uitgang kortsluiten, stroom op gewenste waarde instellen) Wat daarbij niet helpt is dat daarna, bij gebruik, er geen indicatie is van de ingestelde stroom. Zelfs de stroomknop heeft geen enkele markering.
Deze voedingen zijn 16...22jaar oud (ik heb er drie), maar hebben allen nog hun originele (kwaliteits)elco’s
Edit: schema van de Kenwood PA18-6A: http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/Kenwood_PA18-6A_schema.pdf

TTi PL303QMD

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/IMG_4429_TTi_PL303QMD-600pix.jpg

Dit is mijn huidige standaard labvoeding. Lineair, en levert 2x0...30V / 3A. Ik had behoefte aan een symmetrische voeding (voor opamps etc) Ik wilde beide voedingen samen kunnen regelen (tracking), en tegelijk aan en uit kunnen zetten. Dat, samen met instelbare stroombegrenzing maakt de keuze tegenwoordig beperkt....
Wat ik zeer heb leren waarderen in deze voeding is dat je de stroombegrenzing op de stroommeter kunt instellen: Staat de uitgang uit (output OFF, = mute) dan geeft het display de instelling aan, zet je daarna de output ON, dan geeft het display de geleverde stroom aan. Druk je dan tijdens bedrijf op VIEW, dan kun je toch de preset zien en bijstellen. Erg prettig, en een steeds goed ingestelde stroombegrenzing heeft al verschillende keren een schakeling gered!
Verder heeft deze voeding uitstekende meters, Zowel qua resolutie als nauwkeurigheid kunnen ze zich meten met een benchmeter. Na aanschaf hield ik een paar benchmeters over die vroeger standaard over voedingen hingen... Ook prettig is de “Low I range”, de stroom gaat dan tot max. 500mA. Daardoor kun je subtieler instellen, minder fouten maken, en de stroommeter meet dan een digit nauwkeuriger, tot op 0,1mA.

Deze voeding is de opvolger van de “industie standaard” PL reeks voedingen van TTi. Die waren uitstekend (Harrison....), maar ook groot en zwaar. Om deze voeding kleiner te maken is er een voorregeling gebruikt. Spanning en stroom worden met een microprocessor ingesteld. Twee redenen die deze voeding extra interessant maken om mee te laten lopen in deze metingen.
Ook is deze voeding aktief gekoeld. De fanregeling is prima, en bij normale belasting hoor je de fans (bijna) niet. Wel stonden de trafo's te zoemen door de voorregeling. Met wat bitumen heb ik ze stil gekregen.

Delta Elektronika E030-1

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/IMG_4431_Delta_E030-1-600pix.jpg

Dit is een nieuwe aanwinst, en deel van de aanleiding om deze metingen te gaan doen. Ook deze voeding is volgens de Harrison opzet. Opamps zijn 741 en 747, 2N3055 output. Klassieker kan niet... De schakeling en opbouw zijn slim. En er zijn uitstekende componenten gebruikt. Een nettrafo met 2 statische schermen, kom daar nu maar eens om..... Eenvoudige passieve koeling, de achterwand is als koellichaam gebruikt. Dat gaat probleemloos!
Delta heeft een eenvoudige oplossing om de stroominstelling zichtbaar te maken: de stroompot is bewust enkelslags, en met een eenvoudige schaal is makkelijk te schatten hoe de stroominstelling staat.

Ik kreeg deze voeding defect, maar na vervanging van 1 lek elcootje was hij weer ruim binnen spec. En dat voor een voeding van 39 jaar oud! Omdat meer elco’s een hoge ESR en afgenomen capaciteit hadden heb ik alle elco’s vervangen door nieuwe hi-temp / long-life typen.
Daarna presteerde de voeding niet beter... eerder iets slechter! Maar meer daarover (en de oplossing) wellicht later.
Edit: schema van de Delta E030-1: http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/Delta_voeding_E030-1_schema.p…

Ik ben nu bezig de brom en ruisvloer te meten. Daarover meer in de volgende post.....

Groet, Gertjan.

Ik moet mijn voedingen, Agilent, EA, Hameg, ook eens testen.

miedema

Golden Member

Ha rbeckers!

Ik moet mijn voedingen, Agilent, EA, Hameg, ook eens testen

Goed idee!
Het zou natuurlijk leuk zijn om zoveel mogelijk verschillende voedingen getest te hebben, om te kunnen vergelijken.

Natuurlijk leveren andere meetopstellingen ook weer enigszins nadere resultaten op... Ik kijk b.v. naar de brom- & ruisvloer met een audio analyser. Anderen zullen een LF SA gebruiken, of een geluidskaart + software gebruiken.
(Of gewoon op de scoop naar het residu kijken....)

Maar een globaal vergelijk moet mogelijk zijn.
Het zou b.v ook leuk zijn om Blackdog's Rigol en CO voeding mee te nemen.

Ik zal daarom bij mijn meetresultaten ook m'n aanpak proberen weer te geven.

Vandaag heb ik naar de brom & ruisvloer gekeken. Daarover later dus meer....

groet, Gertjan.

Gertjan, ik meet met een scoop met een filter op 20MHz.
Voeding op 12V onbelast. Dat zijn instellingen die veel CO'ers ook kunnen realiseren.

miedema

Golden Member

Ha rbeckers,

Met een scoop kijken levert natuurlijk maar zeer beperkt informatie op over het spectrum van het residu. Vandaar dat ik met een FFT audio analyser heb gekeken. Zo blijkt er bij alle voedingen verschil te zijn tussen onbelast en belast. (maar nu loop ik vooruit op mezelf...)

In elk geval kan iedereen met een scoop controleren hoe het totale brom en ruis niveau van z'n (of haar...) voeding is.
Waarbij je dan weer in de gaten moet houden dat uit een analyser RMS waarden komen, en je op een scoop piek-piek zit te kijken :-)

nog een groet, Gertjan.

RAAF12

Golden Member

Mooi initiatief! Zijn bitumen nog te koop? Ik gebruikte 2 componenten epoxyhars om een nettrafo stil te krijgen. Tijdens de vloeibare fase wel de trafo gedraaid zodat blik en wikkelingen doordrenkt waren.

miedema

Golden Member

Vandaag heb ik gekeken naar het brom- en ruis spectrum van de voedingen.
Dit heb ik gedaan met een (FFT) audio analyser. Voordeel hiervan is dat ik ook heel laag kan kijken (tot 0,5Hz), en heel diep (ruisvloer op zo'n -160dBV, oftewel 0,01µVrms).
Ik heb dit gedaan volgens dit schema:

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/meetopzet-bromruis-600pix.png

De voedingen waren aangesloten zonder lichtnet aarde. De kast doorverbonden met de min, dit leverde de laagste stoorspanning op.
De audio analyser sloot ik symmetrisch aan, dat leverde ruim 10dB extra onderdrukking van de opgepikte brom t.o.v. asymmetrisch (met XLR naar BNC verloop in de analyser geprikt). De AC component heb ik met een 10µF polypropyleen C uitgekoppeld. Die 10µF levert met de ingangsimpedantie van de analyser van 128kΩ een kantelpunt op van 0,12Hz (een kantelpunt van 0,4Hz bleek zichtbaar in de meting)

Ik heb de voedingen zowel onbelast als belast gemeten. Ik heb gekozen om te meten bij een uitgangsspanning van 10V, en een belastingsweerstand van 12Ω, oftewel 0,83A. Dit omdat deze waarden mooi in het bereik van alle voedingen passen. Bij eerste testjes zag ik wel verschil tussen onbelast en belast, maar variëren van uitgangspanning en belasting veranderde niet veel.

Nog wat over de grafieken: De Y-as is in dBV. Voor het gemak heb ik er de equivalente spanning bijgezet. Bedenk dat dit RMS waarden zijn! En dat als je met je scoop zou kijken je top-top meet. Die RMS waarden moet je dus met 2,8 vermenigvuldigen om te kunnen vergelijken met je scoop :-)
Verder heb ik steeds de ruis- en stoorvloer van de meting mee geplot (donkerblauwe curve). Zo kun je zien wat er daadwerkelijk uit de voeding komt en wat meetresidu is.

Als eerste de Mietro-Josti voeding:
Edit: uit de eerste serie metingen bleek dat deze voeding defect was, en daardoor niet representatief voor een 723 voeding. Ik heb onderstaande metingen en commentaar aangepast met nieuwe metingen aan de rerepareerde voeding.

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/Mietro-gerepareerd-bromruis-600pix.png

De grijze curve is de voeding onbelast, de paarse curve is belast.
De grijze curve heeft een piekje rond 600Hz, invloed van de uitgangs C. Daarna gaat de rimpel omlaag, ook door de uitgangs C. Onder belasting vervalt dat effect.

Ja, wat hiervan te zeggen... Eigenlijk helemaal niet slecht voor zo'n klassiek ontwerp.
Brom zit op zo'n -72dBV, oftewel 0,3mVrms. Wel erg veel hogere harmonischen.
De relatief hoge brom kan verklaard worden door de matige opbouw van deze voeding. De trafo staat vlak naast de regelprint. En de net schakelaar zit diagonaal tegenover netsnoer en trafo, zodat 220V draden door de hele kast lopen, ook langs de regelprint.
Wel is de ruisvloer (na reparatie) mooi laag..

En dan de Kenwood :

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/Kenwood-bromruis-600pix.png

Bij de grijze onbelaste curve zien we weer de invloed van de uitgangs condensator, nu keurig zonder opslingering. Bij de oranje belaste curve is dat effect weg, en zien we meer hogere harmonischen.

Deze voeding is qua brom en harmonischen beter. Brom zit nu op zo'n -96dBV, oftewel 16µVrms. Prima!
Wel een hoop hogere harmonischen, maar ze zitten wel grotendeels onder de 1µV (we zitten al naar hele kleine signalen te kijken......)

vervolgens de TTi

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/TTi-bromruis-600pix.png

Deze veel recentere voeding presteert hier toch minder dan z'n veel oudere (en klassieker opgezette) bovenstaande collega...
Belast en onbelast lijken hier meer op elkaar. Wel licht ook hier de ruisvloer in het hoog onbelast wat lager.
Brom en sublaag blijven onder de -84dBV, oftewel 63µVrms.
Het spectrum van de harmonischen ziet er ook anders uit. Waar die bij de klassiek opgezette voedingen naar het hoog afnemen in amplitude, blijven bij de TTi de paaltjes ongeveer even hoog. Wellicht een gevolg van de voorregeling? Ik zou z'n spectrum wel op m'n SA willen zien, benieuwd hoe ver het doorloopt....
Natuurlijk zit dat ook allemaal onder 1µVrms, en in de praktijk is ook de TTi een probleemloze, stille voeding.

En tot slot de Delta Elektronika:

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/Delta-bromruis-600pix.png

Zo, die oude voeding is stil!
De brom blijft steken rond de -105dBV, dat is slechts 6µVrms! Ook de hogere harmonischen zijn minder dan bij de andere voedingen, en al rond de 5kHz in de ruis verdwenen.
Ook hier een licht piekje in de ruis van de onbelaste curve. Dit is het resultaat van mijn tunen van de nieuwe uitgangscondensator. Met een serie weerstand van 50mΩ kreeg ik deze optimale balans: klein piekje onbelast, met belasting een rechte ruisvloer. (Zo zag het er origineel ook uit)

Bij alle voedingen valt op dat de ruisvloer oploopt in het sub-laag. (richting DC). Bij de TTi is deze rumble zelfs bijna even hard als de 50 en 100Hz brom.

@raaf12
Met bitumen bedoel ik de zelfklevende dempingsplaat die bedoeld is om autopanelen te dempen (binnenkant portieren e.d.)
Door een stuk onder de trafo's te plakken worden de trafo's gedempt. En konden ze ook niet meer de blikken kast laten meetrillen.

groet, Gertjan.

Op 24 februari 2016 10:57:37 schreef miedema:
Labvoeding eigenschappen, meten & vergelijken
...
Ik heb ook een nadeel van een draaispoel stroommeter ontdekt: als je iets ECHT fout doet kunnen ze als smeltveiligheid fungeren..... Gelukkig vond ik op de Lichtmis een identieke meter.
...

Daar is een eenvoudige oplossing voor.
Dat is een voldoende zware diode of antiparalle dioden over de aansluitklemmen van de draaispoelmeter monteren.

RAAF12

Golden Member

@GJ

En een opvallende rechte schuine lijn, die ik niet kan verklaren

Zou dat de ingebouwde foldback current limiting van de µA723 kunnen zijn?

miedema

Golden Member

Ha RAAF12,

Zou dat de ingebouwde foldback current limiting van de µA723 kunnen zijn?

De voeding stond niet in z'n stroombegenzing. Hij leverde 0,83A en kan ruim 1A leveren. (en je ziet de zelfde vorm ook terug in de onbelaste curve)

Die schuine vorm, oplopend naar het laag zie je natuurlijk min of meer bij alle voedingen terug. Maar zo kaarsrecht als bij de 723 vond ik opvallend.

@ ohm pi,
Goed idee! Hoewel ik die antiparallele dioden vanzelfsprekend vind bij een universeelmeter had ik er nooit aan gedacht om dat ook hier toe te passen.....
In dit geval was het nog erger... Ik had een diode in sper over de uitgang toegevoegd als beveiliging... op de print. Toen ik dus toch een keer 'savonds laat even snel die loodaccu verkeerd om aansloot werkte die diode prima... maar die kortsluitstroom liep wel door de meter. Oeps! Nu zit die diode dus waar hij hoort... over de aansluitbussen.

groet, Gertjan.

Op 24 februari 2016 20:32:59 schreef miedema:
Ik had een diode in sper over de uitgang toegevoegd als beveiliging... op de print. Toen ik dus toch een keer 'savonds laat even snel die loodaccu verkeerd om aansloot werkte die diode prima... maar die kortsluitstroom liep wel door de meter. Oeps! Nu zit die diode dus waar hij hoort... over de aansluitbussen.

groet, Gertjan.

of beter nog, een zekering tussen poolklem en diode. een te zwakke diode klapt kapot en dan is er nog een hoop stuk met de stroom uit een loodaccu..

edit: de zekering plaatsen achter het front met 2 stukjes draad 2cm naar de zekeringhouder, dat houd het geheel stabieler als 2x 25cm draad om achterop de voeding een houder te plaatsen. jullie willen een voeding zo stabiel hebben, dat je net als fabrikanten gaat testen in ideale situaties. snoeren eraan van 1 meter en je zit al buiten de testspecs :P

waar rook was, werkt nu iets niet meer
blackdog

Honourable Member

Hi Testman,

Zomaar even een "zekering" plaatsen is er natuurlijk niet bij, dat moet zorgvuldig gebeuren ander help je de regeling van de voeding omzeep!

Gertjan
Mooi zetje meetgegevens!
Ook goed om te zien dat ik niet gek was/ben, dit i.v.m. de 1/f ruis van de TTi ;-)

Ik heb geen schema van jouw JOSTI KIT voeding, maar grote kans dat de LM723 direct uit de buffer elco gevoed wordt...
Een tweede rede voor het grote aantal 50Hz harmonische kan een verkeerd gekozen aardpunt zijn.
Ik zou zeggen lekker zo laten, je hebt voldoende "Low Noise" voedingen beschikbaar.

Ik verwacht natuurlijk nu ook "Dynamische" testen.
Kijk in de post van 2 juni 2013 over mijn standaard meetpuls.
http://www.circuitsonline.net/forum/view/110029/8

Let er goed op dat de flanken 5uSec zijn, frequentie 500Hz en 10% Duty Cycle.
Dat is waar ik mee meet, jij kan het natuurlijk anders doen, maar dit hou ik aan.
Meestal is de onderzijde van de stroompuls 10% van de stroom die de voeding maximaal kan leveren.
De bovenzijde is meestal de minimale stroom of tot 50% meer, dit hangt van het voedings ontwerp af,
hoeveel er mogelijk is onder piekbelasting.
Net onder de 100% moet hij wat mij betreft in ieder geval goed werken.

Gegroet,
Blackdog

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn
miedema

Golden Member

Ha Blackdog :-)

Natuurlijk ben je niet gek, in tegendeel :-). En die 1/f ruis interessant. Waarom speelt dat in de ene voeding meer als in de andere?
Dat is het leuke aan dit soort metingen. Het roept steeds weer nieuwe vragen op, wat weer nieuwe inzichten geeft.

Ik heb geen schema van jouw JOSTI KIT voeding, maar grote kans dat de LM723 direct uit de buffer elco gevoed wordt.

Inderdaad, via een weerstand van 470Ω. Ik heb later over de 723 nog een 39V zener gezet (bescherming tegen overspanning bij nullast), samen met een 100µ elco.
Ik ga hier inderdaad niets aan doen, hij loopt mee om een beeld te hebben van "een gemiddelde 723 hobby voeding"
(en ik denk dat die 723 nog helemaal geen slecht figuur slaat tegenover de huidige goedkope schakelende labvoedingen. daar zou ik er ook wel 1 van willen meten)
Ik zou ook nog wel een andere 723 voeding willen zien, of die ook die rare rechte lijn vertoont.

Met dynamische testen ben ik al bezig geweest, ik heb met symmetrische blokken gemeten (1 en 100kHz). Die resultaten liggen al klaar, en komen binnenkort.
Maar het is natuurlijk leuk om ook jouw methode eens te proberen. Kijken of daar nieuwe inzichten uitkomen, en vergelijkbaar met jouw resultaten. Ik zal kijken of ik jouw opzet hier kan reproduceren. Anders kunnen we dat ook eens bij jou doen.

Kijkend naar jouw post van 2 juni 2013 zag ik ook je uitgangsimedantie versus frequentie karakteristiek. Daar ben ik ook mee aan het spelen geweest. Ik moduleerde mijn load met een sinus sweep, en de resulterende rimpel is een maat voor de uitgangsimpedantie. Wat denk je daarvan?

Volgend ding waar ik naar ga kijken is naar de stabiliteit van de uitgangsspanning:
- stabiliteit na aanzetten bij nullast
- stabiliteit als je de voeding stevig gaat gelasten, dus warm wordt.

Voor dat laatste (stabiliteit bij warm worden) zit ik nog te denken hoe ik de stroom zal definiëren. Immers, bij een vaste stroom (zeg 1A) heeft een kleine voeding het moeilijker dan een grote. Dus zat ik te denken aan een stroom van 1/2, of 2/3 van maximaal. Heb jij daar nog ideeën over?
(spanning kies ik op 10V, dan heb ik een digit meer resolutie op de DMM :-)).

groet! Gertjan.

Gertjan, hoe nauwkeurig wil je meten?
Meet je ook de lucht temperatuur en de relatieve vochtigheid?

miedema

Golden Member

Ha René,

Meet je ook de lucht temperatuur en de relatieve vochtigheid?

Natuurlijk altijd goed om in de gaten te houden welke factoren nog meer (ongemerkt...) je meetresultaat beïnvloeden.

Ik neem aan dat je hier doelt op het meten van de drift van de uitgangsspanning.
Gelukkig worden voedingen zelf warm, en dat effect zal snel de invloeden van kamertemperatuur en luchtvochtigheid overstijgen. Zeker bij de test op stabiliteit bij stevig belasten.

Bij het bekijken van de stabiliteit na aanzetten, bij nullast, zal de invloed van de omgeving groter zijn.
Maar naast absoluut verloop wil ik hier vooral ook kijken naar het gedrag. Is de referentie strak, ruiserig etc. Daar zullen de langzaam veranderende omgevingsvariabelen geen rol in spelen.

Het gaat hier vooral om de voedingen te vergelijken, orde van grootte van het meetresultaat gaat het om. Voorlopig zorg ik (en controleer ik) dat de kamertemperatuur tijdens een meting constant blijft. Ik meet 1 uur, dus dat is goed te doen.
Mocht blijken dat nauwkeuriger meten nodig is, dan kan ik de kamertemperatuur gaan meeplotten. Maar dat wordt daarna lastig vergelijken....

Nog even terugkomend op het idee van het meten van de voedingsrimpel op een scoop: die Delta zit totaal zo rond de 10µVrms, zeg 30µVtt op de scoop. Dat wordt lastig op een scoop....
Je zult dus toch een voorversterker moeten hebben/bouwen. Gelukkig zit die in mijn Clio al ingebouwd :-)
Mijn Philips mV meter heeft als laagste bereik 1mV volle schaal. Daar zit je dus ook helemaal onder in laagste bereik, maar het is te proberen of ik hem als voorversterker voor de scoop kan gebruiken.

Edit: Toch al meteen wat aan je opmerking gehad. Ik had de testvoeding zo ver mogelijk bij andere apparaten/velden vandaan gezet. Maar daardoor wel vlak naast de deur -> Tocht! Niet goed!
Expres met de deur zwiepen gaf geen direct meetbaar resultaat, maar toch maar overnieuw begonnen op een beschuttere plek....

groet, Gertjan.

bprosman

Golden Member

De jongere generatie loopt veel te vaak zijn PIC achterna.

Gertjan,

Zo eenvoudig is het niet.
Als je een lineaire voeding met een LM317, (zo ongeveer het minst ingewikkeld), zonder (temperatuur geregelde ;)) ventilator bekijkt, dan is er een verband tussen de omgevingstemperatuur en de specificaties van de LM317.

Een voorversterker kan ik maken maar ik vind een voeding die onder 1mV, wat op een scoop met 5mV/div. t.g.v. de pieken te schatten is, goed genoeg.
Een van de vragen die ik bij die 10µV stel: hoe groot is de condensator over de uitgang?

miedema

Golden Member

@ bprosman
Dank voor het opzoeken. Scheelt me weer het zelf online zetten van mijn schema :-)
Mijn voeding is dus licht gemodificeerd. Maar functioneel volgens het standaard schema.

@ rbeckers
Zoals gezegd is 1 van de leuke dingen van dit soort metingen doen dat (weer) je nadenkt over dingen waar je anders aan voorbij gaat.
Ik denk dat het met die temperatuursinvloed toch wel mee valt :-)

Ik heb de LM317 datasheet er op nageslagen. Ze specificeren een temperatuur stabiliteit van 1% tussen Tmin en Tmax. Voor mijn eenvoudige commerciële versie is dat tussen 0°C en 125°C.
Dat betekend dus een afwijking van 0,008% per °C = 80ppm.

Dat is op de 10V uitgangspanning dus een verloop van 0,8mV per °C.

Ik heb even gekeken naar de nu lopende meting. Na een uur bedragen de uitgangschommelingen zo'n ±50mV. De omgevingstemperatuur is in die tijd 0,6°C gestegen.
Ik denk dat je dus veilig mag zeggen dat de temperatuursinvloed hier verwaarloosbaar was.

Edit: In ieder geval zal ik er toch voor zorgen dat de kamer temperatuur zo constant mogelijk is. En ook noteren, mocht er later toch twijfel zijn. Iets anders is dat natuurlijk de temperatuur in de kast wel stijgt, maar dat hoort bij het ontwerp van de voeding, en dus bij de meting....

ik vind een voeding die onder 1mV, wat op een scoop met 5mV/div. t.g.v. de pieken te schatten is, goed genoeg.

Dan ben je een gelukkig mens :-). Alle voedingen waar ik aan gemeten heb voldoen (qua ruis & brom) aan je eisen....

Die Delta voeding heeft 2x100µF als uitgangselco.
Overigens is die uitgangselco wel en punt van aandacht. Alle voedingen hebben hem (in verschillende capaciteiten), maar het is natuurlijk wel opgeslagen energie die niet stroombegrensd wordt....

groet, Gertjan.

Die uitgangselco zal/kan ook invloed hebben op het regelgedrag.
Dat komt wel aan de orde als je dynamische tests gaat doen.

Een verschil van 0,6°C is niet veel.
Bij 6° is dat 8mV. Vergeleken met ruis en rimpel is dat veel.

Je Mietro voeding heeft een kleine elco? De Delta heeft 200uF bij 10µV en de Mietro 300mV bij 1µF?

Dat

je nadenkt over dingen waar je anders aan voorbij gaat.

is niet alleen leuk. Het is belangrijk.

miedema

Golden Member

Ik ben meteen al even een zijstraat ingeschoten...

Ik bleef denken aan die voedingsspectra, en al die hogere harmonischen.
Ook al omdat ik in eigen ontwerpen die harmonischen probeer te minimaliseren, en dit onderwerp ook in het voedingstopic van Blackdog aan bod kwam.

Wat als we een stabilisator niet uit het net voeden maar uit een accu?

Ik heb hier nog een basic LM317 stabilisator liggen, en sloot hem aan op een loodaccu.

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/IMG_4436-IMG_4389%20-LM317-op-accu-600pix.jpg

Dit is een zo basic mogelijke opzet uit de datasheet: LM317, in -en uitgang C en 2 instelweerstanden, thats it. (de foto is later gemaakt, na de hieronder beschreven modificatie)

Ik stelde de uitgangsspanning in op 10V, net als bij de andere voedingen. (accuspanning was 12,9V)
En wat levert dat op:

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/LM317-op-accu-bromruis-600pix.png

Alleen een strakke ruisvloer! Dat piekje in de onbelaste curve komt omdat er een 22nF MKM over de uitgang zat. Met te lage ESR natuurlijk... (Weet ik nu wel maar 10...15 jaar terug toen ik dit printje maakte nog niet...)

Natuurlijk is het eigenlijk logisch dat de uitgang zo schoon is. Immers, een regelaar dempt alleen maar wat hij binnen krijgt. Hier als voorbeeld de ripple rejection curve van de LM317:

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/LM317-ripple-rejection-600pix.png

Je krijgt dus alles wat op de ingang staat gewoon ook aan de uitgang. Alleen 60...80dB zachter :-). En hogere harmonischen worden daarbij relatief harder, omdat de stabilisator in het hoog minder verzwakt.
Al met al wel een motivatie om te zorgen dat je vóór je stabilisator al een zo schoon mogelijk signaal hebt!
(Het hangt natuurlijk van je toepassing af of je een superschone voeding nodig hebt).

Bovenstaande LM 317 curve is dan wel schoon, maar het ruisniveau ligt wel vrij hoog.
voor de lol heb ik het schakelingetje uitgebreid tot het standaard application schema met de 10µF tantaal over de regelingang:

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/LM317-schema-datasheet-600pix.png

Meteen ook de beveiligingsdioden toegevoegd, en die 22nF MKM over de uitgang er uit gewipt. En daarna nog een keer gemeten:

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/LM317+10uF-op-accu-bromruis-600pix.png

De nieuwe paarse en grijze curven zijn van de geoptimaliseerde schakeling.
Zo, dat maakt flink verschil! De voeding is nu bijna 20dB stiller. (precies zoals bovenstaande grafiek uit de datasheet voorspelt) en ook het piekje in het hoog (onbelast) is nu veel lager, en omhoog geschoven door het er uit knippen van die 22nF.

Ook hier onder de 100Hz weer die oplopende 1/f ruis. Is dat gewoon omdat ook onder de 100Hz de ripple rejection afneemt, of speelt er meer?
Het zelfde verschijnsel zit ook in de ruisvloer van mijn meetsysteem.... (de donkerblauwe lijn)
Met een ruisvloer op -140dBV is de LM317 een prima voeding geworden!

OK, even genoeg LM317 kunde :-)

Maar nog wel interessant om even naar die loodaccu zelf te kijken als voedingsbron:

http://www.miedema.dyndns.org/co/voeding/12V-loodaccu-bromruis-600pix.png

Over stil gesproken! De accu ruis komt niet boven de ruisvloer van mijn meetsysteem uit....
Hou in de gaten dat ik deze grafiek 20dB omhoog geschoven heb, anders was de ruis onder uit beeld verdwenen...
We zien wat opgepikte brom, ong. 1µVrms. Verder ligt de ruisvloer onder de -160dBm, minder dan 0,01µVrms.
Het voeden van een meetversterkertje, of audio pre-amp uit accu's lijkt opeens een prima idee :-)
(en dat dan nog los van de voordelen van galvanische scheiding en het ontbreken van aardlussen)

@rbeckers
De Mietro/Josti voeding heeft een uitgangs elco van 64µF. Ik heb daar ooit (in mijn toen oneindige wijsheid) een 0,1µF MKMetje overheen gezet. Dat zal wel met name het piekje geven wat je ziet in de onbelaste (grijze) curve.

Natuurlijk heeft die elco invloed op het regelgedrag. Dat moest ik onlangs nog her-optimaliseren bij het re-cappen van de Delta voeding. Maar dat is een apart verhaal. (De Delta zit nu weer zo dicht mogelijk bij z'n oorspronkelijke eigenschappen)

In het ruisgedrag heeft die uitgangscondensator alleen invloed in het hoog, boven die piekjes die je in de onbelaste curven ziet. Dat is het punt waar de uitgangs C in de uitgangsimpedantie dominant wordt.

Inmiddels ben ik weer een uitgangsspanning stabiliteit meting verder, en heb de kamer temperatuur binnen 0,2°C kunnen houden. Dus daar heb ik wel vertrouwen in.

groet, Gertjan.

blackdog

Honourable Member

Ha die Gertjan, :-)

Weer een setje goede metingen!
Wat betreft de 1/f ruis, grote kans dat deze uit de referentie komt en b.v. het versterkertrapje hierachter en ook eventueel de stroombron die de Zener schakeling aanstuurd in de gebruikte schakeling.

Bij Opamps zijn er zeer grote verschillen in de 1/f ruis.
De moderne chopper opamps ziin hier kampioen, maar dat is natuurlijk inherrent aan dit type opamp.
Het nadeel is weer de chopper frequentie aan de uitgang.

Eeen oudje maar nog steeds zeer goed is de OP177, zeer lineair, 1/f punt bij 2 Hz en ongeveer 0,3uV/maand stabiele offset spanning.
En als vergelijk, de LF356, ruishoek is hier rond de 100Hz.

Veel van deze info is ook te vinden in de Art Of Electronics.

Gegroet,
Blackdog

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn

Die LM317 is toch door Bob Pease ontworpen?

Zo erg is die 22nF niet. Een voeding wordt meestal belast gebruikt. :)

En hogere harmonischen worden daarbij relatief harder, omdat de stabilisator in het hoog minder verzwakt.
Al met al wel een motivatie om te zorgen dat je vóór je stabilisator al een zo schoon mogelijk signaal hebt!

En dat minder goed dempen in het hoog is vervelend aangezien opamps hetzelfde gedrag met hun voeding vertonen.

De OP07 en familie/opvolgers heb ik goede ervaring mee.

miedema

Golden Member

@ blackdog
Het zal wel weer niet zo zijn.... Zit je net lekker een beetje te meten, en voor je het weet zit je weer met je neus in AOE :)
Dank voor je info, ik ga weer een hiaatje opvullen...

Even OT:
Net een nieuwe seriële kaart in m'n meet PC geschroefd. Kaartje van DeLock, ASIX chipset. Installeerde zichzelf automatisch op (de inderdaad vrije) COM3 en COM4. Netjes! Dus er kan weer meer kanaals gelogd worden....

@ rbeckers

En hogere harmonischen worden daarbij relatief harder, omdat de stabilisator in het hoog minder verzwakt.
Al met al wel een motivatie om te zorgen dat je vóór je stabilisator al een zo schoon mogelijk signaal hebt!

En dat minder goed dempen in het hoog is vervelend aangezien opamps hetzelfde gedrag met hun voeding vertonen.

Exact !!

Edit: (ook een beetje OT):

Het voeden van een meetversterkertje ... uit accu's lijkt opeens een prima idee

Die opmerking blijft in mijn hoofd na gonzen.
Moet ik niet in plaats van m'n 1kHz DC-DC gewoon een paar 9V blokjes voor die LDO's zetten... (ik heb hier van die 7,4...8,4V Li-Ion blokjes, model "9V transistorradio batterij", gebruik ik in mijn zendertjes. Maar een nachtje over slapen...

groet, Gertjan.

[Bericht gewijzigd door miedema op 25 februari 2016 17:28:12 (20%)

RAAF12

Golden Member

<schoon mogelijk ingangssignaal>

Om die reden worden er in gevoelige ontwerpen kleine serie R's van 1.5 a 1.8 Ohm in elke diode van de brug gezet, incl. C's erover. En natuurlijk een medische trafo incl. statisch scherm tussen prim en sec.

miedema

Golden Member

Ha Raaf12,

Dat is inderdaad mijn aanpak als ik een voeding ontwerp. Mijn voorkeur is om die serieweerstandjes tussen de trafo en diodebrug op te nemen. Mischien moet ik die variant met een weerstand in serie met elke diode ook uitproberen (kwam al ter sprake in het DC-DC converter topic)

Philips medisch deed dit voor zo ver ik weet al sinds mensenheugenis (80er jaren?). Verder heb ik het elders weinig gezien.

Een trafo met statisch scherm is natuurlijk prachtig. Helaas slecht te koop. Als je zelf je trafo laat wikkelen is het geen enkel probleem (mijn ervaring met AE),

Die Delta Elektronika heeft een trafo met 2 statische schermen! Waarschijnlijk 1 van de redenen waarom hij zo stil is...

groet, Gertjan.