NA-02 Symetrische LAB Voeding

blackdog

Golden Member

Hi,

Ik hoop dat dit topic door de ballotage commisie van CO komt *grin* Nog meer onzin van Blackdog!

Goed daar gaan we, al heel lang wil ik een tweetal voedingen hebben die symetrisch zijn en dan hoofdzakelijk voor het voeden van opamp schakelingen.
Met het schema was ik al flink op weg, behalve de U regelloop stond vrijwel alles al in Splan getekend.
Rekening houdend dat het in een compact kastje moet, omdat het van mij niet te veel ruimte in mag nemen op de werkbank.
Dus twee trafos één 2x 9v en één 2x 6V, deze met een aantal comperatoren en relais geschakeld, om de dissipatie laag te houden.
Dat waren dan wel BLOCK print trafo, en het bromveld vond ik toch wat te hoog voor in zo'n klein kastje.
Dus dat heeft natuurlijk jaren stil gelegen, iedereen heeft dat met bepaalde projecten.

Vorig jaar ben ik eens aan het meten geweest aan een schakeling die uit een application note komt van LT.
Het voordeel van dezeschakeling is dat er geen uitgangs condensator aanwezig is.
Zie hier de scheve scan van het LT schema. ;-)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-02-PSU/NA-02-PSU-SCH-Basic-SCH-LT.png

In het schema worden twee LM318's gebruikt en een kleine powerbuffer de LT1010.
De LT1010 heeft als voordeel dat hij hele grote capaciteiten aan de uitgang verdraagt, en die eigenschap is voor een deel bereikt door de hoge Ri van de uitgang.
Om de snelle opamp, de LM318 niet te laten gillen, is er tegenkoppeling direct van de opamp uitgang naar de inverterende ingang.
Even kort door de bocht, voor de hoge frequenties doet de LT1010 dus niet mee wat fase en loopgain betreft.

De uitgansspanning stel je in door een DC spanning aan te leggen op de +ingang van de linker opamp.
Dit gaat in dit schema via R1 van 2K.
Denk D1 maar even weg, R2 zorgt voor de tegenkoppeling, zeg maar de sense op de uitgang.
Het is gewoon een opamp met een powerbuffer één in is één uit.

Als nu door de uitgangsstroom de spanningsval over R3 van 2 Ohm hoger wordt dan de spanning aangelegt op de Vi ingang via R6 dan klapt de opamp A3 om en trektstroom weg na R1 via diode D1.
Dit is dus de stroomloop.

Wat is nu een van de voordelen van deze schakeling, hij reageert heel snel en er is geen uitgangs condensator aanwezig!
Nog een voordeel, de uitgangs impedantie is symetrisch.

Voor DC is de Ri zo laag dat dit verder het vermelden niet waard is, wat belangrijker is, wat doet de voeding bij dynamische belastingen.
Hou er rekening mee, dat bij een "normale" voedingsopbouw de Ri voor dynamische belasting voor een flink deel door de uitgangs condensator wordt verzorgt, deze condensator is hier dus niet aanwezig.

Ik ben lekker springerig vanavond dus ik laat eerst even de opset zien van het kastje, ik ga twee van deze voedingen bouwen.
Dus welke schroefjes ik ga gebruiken en eeen knop met wel of niet een streepje er op enz.
Ook zit er een stekkerbus op, de bovenste waar je een draad aan de zijnkant in kan steken.
Ik na een redelijk lange zoektocht wat gevonden dat van een wat betere kwaliteit is dan de rode die er nu even in zit.
De twee druktoetsen dienen voor de "Mute" functie en om de stroom van de + of de - voeding uit te lezen.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-02-PSU/NA-02-PSU-Kastje-01.png

Terug naar de electronica, dit is de stroompuls waar mee gemeten is.
De gele lijn geeft de "0" aan en de top van de rode lijn in het midden van het beeld is 200mA.
Deze meting is zoals wel vaker door mij gedaan met de batterij gevoede Owon Scoop i.v.m. common mode signalen, op deze manier krijg ik een schone meting.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-02-PSU/NA-02-PSU-StroomPuls-200mA-01.png

Ik heb met twee verschillende IC's getest, dit waren de NE5532A en de TLE2072AC die sneller is en een Fet ingang heeft.
Dit maakte niet heel veel uit in snelheid, maar de TLE2072 is iets makelijker stabiel te krijgen.
Wat is nu wel dominant wat Ri betreft op hogerefrequenties, dat is wat ik in het begin al even aantipte, de LT1010 buffer.

De volgende foto laat zien hoe hard de spanningsloop opamp moet werken bij een loadpuls van 10 naar 200mA.
De bovenste groene trace is de trigger puls uit de generator die ik gebruikt heb.
Geel is de spanning op de uitgang t.g.v. de loadpuls, ongeveer 10mV.
Blauw is de uitgang van de opamp, die moet dus een traject afleggen van 1,5V...
De oorzaak is de Hoge Ri van de LT1010, deze is ongeveer 7 Ohm en daar komt dan mijn 1 Ohm serie weerstadn dan nog bij. (R3 is bij mij 1 Ohm i.p.v. 2 Ohm)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-02-PSU/NA-02-PSU-SCH-Basic-LoadPuls-01.png

Ik wil dit proberen beter te maken door een andere buffer te nemen, hier kan ik een ander model van LT voor nemen zoals de LT1206 of de LT1210.
Maar ik wil ook kijken, of ik met wat transistoren, dit goed kan oplossen met als uitgangspunt het schema dat hieronder staat.
Hier is alleen het spanningsdeel getekend.
Het werk op de volgende manier, tot ongeveer 4mA komt de stroom door de weerstand R5 uit de opamp.
Boven deze stroom gaat Q1 geleiden en deze neemd de bulk dan over.
De gebruikte weerstanden rond de transistoren zijn een stuk lager dan in de LT1010.
Hoe het dynamisch gedrag van deze setup is, weet ik nog niet, deze buffer heb ik nog niet in een voeding gebruikt.
De oplettende lezer ziet ook, dat bij deze opset van de voeding, er ook stroom in de voeding kan worden geduuwd.
Alleen door mijn enkelzijdige stroombegrenzing is dit niet aan te bevelen deze voeding voor deze toepassing te gebruiken.

Hier is de uitgang getekend van het positieve deel, er wordt een a-symetrische voeding gebuikt om de dissipatie te beperken
en om niet te dicht tegen de maximale voedingspanning van de IC's aan te komen.
Of ik een snelle andere LT buffer ga gebruiken of deze transitor oplossing wordt bepaald door de uitkomsten van de metingen.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-02-PSU/NA-02-PSU-SCH-Basic-SCH-NA-01.png

Ik zou zeggen, brand maar los! ;-)

Groet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
haasje93

Golden Member

Hallo Blackdog,

Zo jij bent weer lekker bezig!
Wat is het application note nummer?

Over het schema heb ik niet zoveel te melden, afgezien van het feit dat ik het er goed uit vind zien. ;)

Over de behuizing...
Ga je nu alleen voor de bovenste bus een exemplaar gebruiken om een draad in te klemmen? zo ja, waarom niet alle drie?
Over de potmeterknoppen kan je als je geen lijnmarkeringen gebruikt beter exemplaren nemen zonder een streep.
Verder vind ik je indeling er goed uitzien.

Groeten, Christiaan

If a cluttered desk is a sign of a cluttered mind of what than is an empty desk a sign?
blackdog

Golden Member

Hi Christiaan ;-)

Het schema van LT kan je met weinig uitleg vinden in de datasheet van de LT1010.

Wat betreft de attributen op het front, de knoppen daar heb ik nog meer modellen van, maar niet meer vier gelijke knoppen.
Waar ik naar gekenen heb met deze knoppen is het dekseltje, zoals je al aangaf is die met het streepje niet zinning.
Maar er is nog een eigenschap en als je goed kijkt kan je dit net zien.
De knop met het streepje heeft een matte voorzijde, en dat vind ik beter passen.

De stekkerbussen zijn onderweg, kan nog wel twee weken duren voor ze er zijn.
Alle drie worden van het uitstekende model aleen van betere kwaliteit dan de rode die je op de foto ziet.

Vanochten een hlf uurtje gesleuteld aan de schakeling, de 10mV rimpel veroorzaakt door de dynamische belasting,
heb ik naar 1mV terug gekregen door aanpassing van de compensatie kondensator van de U loop.
Het probleem is bij deze regelaar net als die van een "normale" voeding de stroomloop.

Met mijn huidige setup doe ik nog een paar testen en dan gaat de LT1010 vervangen worden door de LT1210.
We zullen zien hoe dat gaat, misschien alleen een LT1210 met een extra opamp voor de stroombegrensing...

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik zou aan de uitgang toch een kleine condensator hangen. Bijvoorbeeld 1nF. Dit tegen RF instraling.

blackdog

Golden Member

Hi René, :-)

Zover ben ik nog helemaal niet...
Wel getest hoe de schakeling reageert op capacitieve belastingen, dat was onder "CV" gebruik uitstekend.
Ik zit nog helemaal aan het begin van het ontwerpen, er zijn nog veel losse eindjes.

Er zijn aardig wat zaken al getest, en een aantal eigenschappen begrijp ik nog niet.
Dus door testen en er over nadenken hoop ik dit onder de knie te krijgen.

Een van die zaken, is de status waarin de voeding komt bij het hebruik van mijn Dummy Load.
Dit heb ik al meer meegemaakt bij sommige voedingen, er treed een soort "Latch Up" op.
Bij testen die ik op het Internet heb gelezen betreffende Dummy Loads komt dit vaker voor.

Mijn gedachten gaan nu de kant op dat er in deze voeding geen uitgangs condensator zit,
dus geen energie buffer die de dummy load gebruikt om stabiel te worden.

De Dummy Load die ik gebruik is natuurlijk een actieve stroombron en die kan ook in een niet gewenste stand komen afhankelijk van de bron waar de energie uit getrokken wordt.

Dus ik ga ook nog wat testen doen met wat weerstanden en een Power MOSFET, denk dan aan mijn "doormeet piepen" schakeling die en beetje aangepast wordt.

Nu weer werken, laters...
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik zie dat de uitgang 2 complementaire transistoren heeft en dus stroom kan uitgeven en opnemen.
Heeft dat nog een specifieke bedoeling?

blackdog

Golden Member

Hi jeroen79,

Yep, het is dan makelijker zonder extra stroombron de Ri en de dynamische eigenscheppen beter te krijgen.
De schakeling bij mij is niet bedoeld om continu energie op te nemen zoals voedingen die hiervoor bedoeld zijn ( 2 quadrand voedingen )

Ik heb nog meer metingen gedaan, ondermeer met 2x de LT1010, dat is nodig om de dissipatie te verdelen.
De LT1010 kan bij dit gebruik minder dissiperenl, als er maar één eindtransistor in het IC gebruikt wordt.
Verder heb ik vanavond ook nog gekeken naar een ander IC dat ik hier heb liggen de AD815AYS.
Dus daar wil ik ook eens mee testen, maar als eerste moet ik een andere testsetup maken.
Ik heb soms vreemde metingen en ik denk dat dit komt door de opbouw van het printje dat ik gebruik, laters meer hierover.

Zoals altijd, laters meer :-)

Groet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
blackdog

Golden Member

Hi,

Even wat data tussendoor.
Ik heb ook met 2x een LT1010 buffer gemeten aan de schakeling, dit om de openloop Ru lager te maken.
Deze gaat dan wat de LT1010 betreft van 7 naar ongeveer 3,5 Ohm.
Dan hebben we nog de 1 Ohm meetweerstand, dus openpool is dit ongeveer 4,5 Ohm.
Wat lage frequenties betreft is dit OK, de loopgain regelt dit wel omlaag.
Maar boven de 10Khz ga je merken dat de loopgain lekker aan het terug lopen is, dus de voeding krijgt daar een hogere Ru door.
Deze voeding heeft dus geen grote condensator over de uitgang die de Ru in de hogere frequenties helpt.
Hier moet de schakeling dit zelf doen!

Mooi, 2x LT1010 vond ik dus niet goed genoeg, dus wat dan... toch maar het trapje met de losse transistoren?
Dat is wel beter maar eigenlijk toch niet zo mooi als ik het zou willen.
Dus ben ik zoals ik al aangaf in de bak met buffer IC's gedoken en gekeken wat goed bruikbaar zou zijn.
Er waren meerdere typen bruikbaar, maar ook deze keer weer gekozen voor het degelijkste type.
De LT1210 kan ruim de stroom leveren en kan goed omgaan met capacitieve belastingen, wat in deze toepassing een grote pré is.

Het was toch nog knap moeilijk met het schema dat ik liet zien, de stroombegrensing stabiel te krijgen zonder het dood te compenseren!
Dus daar heb ik een andere oplossing voor bedacht, de stroombegrensing gaat niet meer aan de ingang van de U loop, dus na de eerste weerstand R1 en diode D1.
In het onderstaande schema kan je zien dat de stroombegrensing aan de ingang van de LT1210 gebeurd.
De aansturing van de LT1210 ingang ziet er wat vreemd uit, drie weerstanden in serie, een met een 0,1U er overheen en R5 lijkt helemaal onzinnig :-)
R5 is dat zeker niet, die onderdrukt eventueele HF generatie verschijnselen, er worden hier namelijk zeer breedbandige IC's gebruikt.
R3 van 15K en R4 van 1K dienen er voor dat bij stroombegrensing de eerste opamp niet te veel stoom kan gaan leveren.
Bij deze oplossing kan de stroom max 2mA worden maar is meestal minder als de stroombegrensing in werking is.
De relatieve hoge waarde van R3 van 15K geeft natuurlijk een extra fase fout, deze wordt gecompenseert door C3.
R4 is maar klein t.o.v. R3 en de extra fase fout door deze weerstand is klein.
Maar waarom zit deze weerstand van1K daar...
De eerst opamp, net als de meeste opapms, houden niet van een capacitieve belasting en die treed op als de onderste LT1208 in werking treed omdat de stroom overscheden is.
Zonder R4 zien beide opamps een capacitieve belasting! (C3)
Door de 1K weerstand is dit probleem opgelost.

Het meten aan deze schakeling moet echt op de HF manier, zelfs tijdelijke weerstanden even er bij geplakt werken als antennes!
Ga er maar vanuit dat deze versterker trap een bandbreedte heeft van zo'n 40MHZ!
En René je had gelijk, vooral na het gebruik van de LT1208 als opamp, is het RC netwerkje aan de uitgang nodig, deze is hier voorlopig 1,5 Ohm en 1uF.
Bij metingen aan de stroombegrensing van deze schakeling (de snelheid) was ik wat telleur gesteld door de piekstromen die er optraden aan de uitgang.
Ik ge bruikt een kleine voor belasting van zeg 30mA en dan een MOSFET die de hoofdbelasting inschakeld aangestuurd door een functie generator.
De hoofdbelasting kan ik ook kortsluiten zodat met een paar KHz bij 10% Duty Cycle de voeding wordt kortgesloten.
En wat zag ik... piekstromen van 8-Ampere!!!
Die kwamen dus niet uit de LT1210 buffer maar uit de condensator C5 1uF.
Toen schoot mij weer te binnen, dat ik bij testen van condensatoren tussen 330 en 560uF ik piekstromen heb gemeten van 800 Ampere :-)

Voor het verder verlagen van de Ru heb ik ook de meetweerstand naar 0,5 Ohm gebracht, dit levert alleen extra electronica op om de stoom goed op de meters te krijgen.
Lager wil ik niet gaan ander krijgt de LT1210 het te moeilijk met capacitieve belastingen en voorlopig denk ik dat de 0,5 Ohm de optimale waarde is.

Ik moet mijn test opset nog aanpassen, deze heeft eigenlijk te veel paracitaire capaciteiten,
daar ik toen is deze opset bouwde er niet aan heb gedacht dat ik deze snelle IC's zou gebruiken.

Let op! Schema zonder uitgebreide ontkoppeling getekend voor meer duidelijkheid.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-02-PSU/NA-02-PSU-SCH-Basic-SCH-NA-02.png

Achter op de voeding ga ik ook nog een BNC connector opnemen om deze voeding te kunnen moduleren.
Waarschijnlijk zoals het er nu uitziet moet een modulatie bandbreedte mogelijk zijn van een paar honder KHZ.
Dit is voor een deel afhankelijk van het RC netwerk aan de uitgang en mijn opbouw.
Zonder Het RC netwerk kan je de uitgang ook als breedband stroombron gebruiken!

Ik zie de toepassing meer voor het testen van spannings regelaars, deze kort bedraad op de voeding aansluiten en dan op de DC spanning met de functie generator
aan AC component aanbrengen.
Dan kan je daarmee de onderdrukking voor stoorspanningen meten en zo zijn er nog vele toepassingen.

Laters meer, waaronder nog wat plaatjes van metingen van bovenstaande schakeling.

Groet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Zou dat RC uitgangs netwerkje (evt deels) ook vòòr de stroomshunt kunnen?
Uitgangspunt was geen Uitgangs C (geen onbegrensde piekstromen)...

groet! Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan, :-)

Dat netwerk verplaatsen kan, dan kan de LT1210 meer helpen de condensator te ontladen.
Maar wat ik al aangaf, ik ben met dat deel nog niet klaar, dit heeft ondermeer te maken met de mechanische opbouw. (bedradings lengte en paracitaire capaciteiten)
Ik hoop uiteindelijk de condensator in dit netwerkje nog wat kleiner te kunnen maken.
Resume, het netwerkje zal ik in het schema verplaatsen en het zal wat waarde betreft nog aangepast worden.

Het hoeft uiteindelijk geen "perfecte" spannings of stroombron te worden,
maar voor een goede afweging betreffende stabiliteit zal ik toch moeten weten waar de grenzen liggen met de gebruikte componenten.

Nu heb ik met een 1uF elco aan de uitgang en 1,5 Ohm een piekstroom van rond de 8 Ampere.
Wat denk je van mijn Rigol voeding met zijn 470uF en de ELV voeding waar deze week weer over wordt gesproken met 560uF aan de uitgang.
Daar is dan alleen de bedrading nog de limiter voor de de te leveren piekstroom :-)

Ik zoek/meet rustig door, totdat ik een schakeling heb die voor mijn meeste toepassingen goed genoeg is.
Dit wordt geen "universele" voeding, deze is bedoeld voor het voeden van opamaps e.d. kleine verbruikers die ik zo goed mogelijk wil behandelen.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Mijn standpunt m.b.t. condensatoren is altijd al geweest: klein en geen elco. ;)

Natuurlijk kan dat RC netwerk (gedeeltelijk) verplaatst worden.
Maar dan opletten met o.a. vermogensbandbreedte, warmte, stabiliteit en maximum uitgangs stroom.