Negatieve hulpspanning

Ben reeds enige tijd bezig om het schema van een regelbare voeding trachten te begrijpen (zie bijlage)
Dat lukt me vrij goed, alleen begrijp ik niet hoe men aan de negatieve voeding komt, ik denk te weten dat deze opgebouwd is rond de condensators C2 en C3 samen met de zener diode maar hoe het werkt is me een raadsel.
Ben beginner
Alvast bedankt
Graag niet te technisch tenzij het niet anders kan.

RAAF12

Golden Member

D5, D6, C2 enC3 vormen een verdubbelaar de zener stabiliseert de spanning. Er wordt maar een paar mA gevraagd dan kan dat op die manier. De neg. hulpspanning is nodig om de voeding tot nul te kunnen regelen.
Er zijn namen aan dit soort schakelingen gegeven, DeVillard, Delon, Greinacher, Graetz niet te vergeten van de 'brug' met vier diodes. Deze is van mijnheer Greinacher, in jouw schema.

De voeding in de bijlage mist een diode in sper over de E-C van serietransistor Q4. Dat kan een 1N4007 zijn. Dat is belangrijk als de aangesloten schakeling een afvlakelco heeft, of er een accu wordt opgeladen. Bij Darlingtons zit die diode ingebakken maar dit is een normale transistor.

Je kunt dat circuit begrijpen als je de het stap-voor-stap analyseert; begin met een situatie waar alle condensators leeg zijn, en maak de bovenste AC aansluiting positief ten opzichte van de onderste. Kijken dan waar stroom gaat lopen, en welke condensators worden opgeladen.

Je mag aannemen dat C1 direct helemaal opgeladen wordt, en dat de spanning daar ongeveer gelijk blijft; die is voor de rest van de analyse dus niet belangrijk meer.

Op dit moment zijn C2 en C3 nog leeg, en gebeurd er nog niets in het onderste deel van dat circuit.

In de andere helft van de sinus wordt de onderste AC aansluiting positief, en wordt C2 geladen via D3 en D5.

Daarna wordt de bovenste AC aansluiting weer positief, maar deze keer is C2 opgeladen tot iets minder (vanwege de spanningsval in de diodes) dan de inkomende spanning. Diodes D1 en D4 gaan in geleiding, maar er staat een spanning (zeg, 12V) over C2, en omdat de bovenkant van C2 ongeveer op 0V staat (immers, D4 is in geleiding), moet de onderkant daarvan dus een negatieve spanning hebben t.o.v. de ground. Hierdoor wordt, via D6, condensator C3 opgeladen, ook hier met een negatieve spanning, vandaar dat deze met zijn + aan de ground zit.

Dit proces blijft zich herhalen; condensator C2 wordt opgeladen in één helft van de sinus, en die lading wordt in de andere helft van de sinus verplaatst naar C3. Die condensator C3 moet dus groot genoeg zijn om gedurende de bijna 20ms dat hij niet geladen wordt stroom te leveren aan de rest van het circuit.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 11 november 2020 16:06:53 (12%)]

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Frederick E. Terman

Honourable Member

De situatie is nog iéts ingewikkelder, omdat het punt waarop R2 zit aangesloten in werkelijkheid niet negatief gaat. Althans niet verder dan een paar tiende volt, omdat dan de diode D4 van de brug geleidt. Zodoende is aan de bovenkant van R2 de minimum spanning ca. 0, en de maximum spanning ca. 32 V.
De spanningswisselingen komen natuurlijk gewoon door C2, en zo geleiden toch D5 en D6 om de beurt, aldus C3 opladend.
R2 moet niet een te klein model zijn: hij dissipeert ca. 0,3 W.

rood= spanning bovenkant R2; groen= spanning C3; blauw= stroom D5; olijf= stroom D6.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Zie ik het goed als ik het me voorstel als een pompend effect tussen beide condensators.
Door het wisselen van de fases in de brug wordt een onderdruk gecreëerd in C3 te vertalen als negatieve spanning welke door de zener spanning (in dit geval -5,1V) gehouden wordt.
Dit is wel een Yip en Janneke uitleg, maar zie ik het juist.
Bedankt voor de reacties

Hier zullen wel zeer ingewikkelde formules voor bestaan veronderstel ik.

De pompende uitleg lijkt intuïtief te kloppen. Meestal probeer ik dit systeem met een kleine brugcel te maken, want dat kost nauwelijks meer onderdelen (als je een brugcel als een enkel onderdeel ziet) en vermindert de rimpel en verhoogt rimpelfrequentie:

Dit is in essentie de schakeling waar je het over hebt twee keer gebouwd, maar dan zonder de weerstand. Ik weet niet waar die voor is... :?

Mocht je nog meer willen weten over dit ontwerp: Voeding aangeboden op Banggood. Het schijnt hier vandaan te komen en lijkt niet het beste ontwerp in de wereld te zijn, maar is populair omdat het voor zo weinig als €4,50 te koop is geweest. In dat topic staat ook een schema dat ik indertijd hertekend had om de componentenwaarden en -nummers tegelijk te tonen:

https://farm5.staticflickr.com/4401/36295999242_d7e84e0932_z.jpg

De discussie is met de analyse van het ontwerp wel een beetje 'over the top' gegaan, maar zeker interessant om na te lezen als je van elektronica houdt.

Op 11 november 2020 19:45:59 schreef Kruimel:
...maar dan zonder de weerstand. Ik weet niet waar die voor is... :?

Denk niet dat de 1N4148 de inschakelstroom overleeft zonder weerstand en als op een ongunstig moment ingeschakeld wordt. Een 1N400x zou een betere keus zijn.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
Hoeben

Golden Member

Lijkt op wat Elektuur vaker deed.

[Bericht gewijzigd door Hoeben op 11 november 2020 22:27:27 (80%)]

Op 11 november 2020 19:07:42 schreef Frederick E. Terman:
De situatie is nog iéts ingewikkelder, omdat het punt waarop R2 zit aangesloten in werkelijkheid niet negatief gaat. Althans niet verder dan een paar tiende volt

Dat heb ik ook niet gezegd, ik had juist specifiek benoemd dat de spanning op de onderkant van D4 (bovenkant C2) "ongeveer 0V" wordt.

De onderkant van C2 gaat wel daadwerkelijk negatief t.o.v. de ground.

@TS: zeggen dat het een "pompend effect" is, is niet perse fout, maar het geeft geen inzicht in hoe het werkt; als je dat wel begrijpt, kun je beredeneren hoe de componenten geplaatst moeten worden. Als je het stap voor stap bekijkt is het echt niet zo moeilijk.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 12 november 2020 00:25:00 (22%)]

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Frederick E. Terman

Honourable Member

Deksels, je hebt gelijk; ik heb eroverheen gelezen.
Wel, in elk geval zeggen we dan hetzelfde, dat is alweer een troost..! ;)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
vergeten

Golden Member

Op 11 november 2020 19:45:59 schreef Kruimel:
De pompende uitleg lijkt intuïtief te kloppen. Meestal probeer ik dit systeem met een kleine brugcel te maken, want dat kost nauwelijks meer onderdelen (als je een brugcel als een enkel onderdeel ziet) en vermindert de rimpel en rimpelfrequentie:

De elco's C13 en C14 worden naar mijn gevoel wel een beetje "misbruikt", er loopt alleen maar een (kleine)wisselstroom door.

Doorgaans schrijf ik duidelijk wat ik bedoel, toch wordt het wel anders begrepen.

Hoe is een wisselstroom een misbruik van een condensator? Daar zijn ze toch voor? Voor zo ver ik kan zien zien deze elco's dezelfde belasting als wanneer je ze zou gebruiken als bufferelco bij enkelzijdige gelijkrichting. Uiteindelijk moet de belasting natuurlijk redelijk blijven om de rimpelspanning en -stroom binnen de perken te houden.

Als ik de spanning zou meten op de uitgang tussen punten 3 en 4 dan zal ik waarschijnlijk de met P1 ingestelde spanning meten bv 10V
Indien ik meet tussen punt 3 en de negatieve hulpspanning meet ik dan 15,1V
En wat zal ik zien op een oscilloscoop, enerzijds uitlijning op 1OV en bij meting tussen punt 4 en de negatieve hulpspanning uitlijning op -5,1V

Is het vooral de eigenschap van elco's dat ze wisselspanning doorlaten die het opwekken van de negatieve hulpspanning mogelijk maken.
Nummering volgens het initiële schema

Tussen punt 3 en 4 meet je een spanning die evenredig is met de spanning op de potmeter (tussen pin 10≈4 en 12). De schakeling versterkt die met ongeveer een factor 3: (R11+R12)/R11.

De spanning die je meet tussen pin 3 en de negatieve hulpspanning is niet relevant. De negatieve hulpspanning is er alleen maar om te zorgen dat de opamps de uitgang terug kunnen regelen naar 0V. De ingang van een opamp werkt vaak minder goed in de buurt van de voedingsrails, en de uitgang haalt dat de voedingsrails ook nooit helemaal, zeker niet onder belasting. De instelling van de spanningspotmeter is niet gerefereerd aan de negatieve hulpspanning, maar aan pin 4. Daardoor zal de opamp als het goed niet moeten reageren op de grootte van de hulpspanning. De hulpspanning is ook niet heel stabiel, maar dat maakt in dit geval niet heel erg uit, als hij maar doorlopend meer dan een volt of 3 is.

De uitleg dat elco's wisselspanning doorlaten is strikt genomen niet juist en niet handig voor het begrip denk ik. Zodra je de spanning over een condensator wil veranderen heb je stroom nodig. De stroom bepaalt de snelheid van spanningsverandering, maar beide gebeuren hand in hand. De spanning over een condensator is de afgeleide van de stroom erdoor. Zodra je rekenen aan schakelingen met wisselspanning dan is het handig om de amplitudes uit te drukken in afgeleiden en integralen (of, nog erger: complexe getallen) om een exact getal te krijgen, maar nu lijkt me dat een onnodige complicatie. Je pompuitleg snijdt wel hout: je laadt de condensator op uit de transformator in de "positieve" helft van de wisselspanning, en je ontlaadt hem weer in C3 in de negatieve gang van de transformatorspanning. Precies hoe snel dat gebeurt is niet heel belangrijk voor een context als deze.

PS Merk op dat de nummering in mijn schema onveranderd is ten opzichte van het origineel, alleen de componentwaardes staan er bij.

Ik ga me zo een kit bij Banggood aanschaffen en experimenteren.
Dat men een negatieve spanning nodig heeft op U2 denk ik te begrijpen (offset bijregelen) waarom die nodig is op U3 zie ik nog niet.
Ik begrijp ook dat Q1 inkomt wanneer de negatieve spanning wegvalt en dus ook Q2 en Q4 sperren.
Om een beter begrip te hebben rond het opwekken van de negatieve spanning stel ik me een waterstroom voor ipv een electronen stroom en dan is mijn theorie hieromtrent zoals hierna beschreven.

Wanneer de brug geleid over D1 en D4 dan gaat er ook een kleine stroom via R1 naar C3 deze wordt opgeladen (bij 24V. 24/2200= 10mA)
Wanneer de brug geleid over D2 en D3 dan wordt C2 opgeladen over R2 en gelijktijdig ontlaad C3
Beide elco's hebben dezelfde waarde maar de stroom ernaar is verschillend
Als C2 en C3 drukvaten zouden zijn dan zou er een onderdruk ontstaan in de onderste lijn te vertalen als negatieve spanning
Wanneer er teveel spanningsverschil zou ontstaan dan zener D7 in

Op 12 november 2020 16:21:54 schreef Lualaba:
Dat men een negatieve spanning nodig heeft op U2 denk ik te begrijpen (offset bijregelen) waarom die nodig is op U3 zie ik nog niet.

Voor de goede werking dient de spanning op de pennen 2 en 3 minstens een paar volt hoger zijn dan de spanning op pen 4. Bij U3 is de spanning op de pennen 2 en 3 ca 0 Volt als de voeding onbelast is. Pen 4 dient dus een negatieve spanning te hebben en daar zorgt de hulpvoeding voor.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
RAAF12

Golden Member

Op 12 november 2020 16:21:54 schreef Lualaba:
Ik ga me zo een kit bij Banggood aanschaffen en experimenteren.
Dat men een negatieve spanning nodig heeft op U2 denk ik te begrijpen (offset bijregelen) waarom die nodig is op U3 zie ik nog niet.

Is al oa. door mij geschreven:

De neg. hulpspanning is nodig om de voeding tot nul te kunnen regelen.

Zonder negatief werkt de voeding Vout van 2.5V-30V
Met neg. opamp voeding is de uitgangspanning van 0-30V te regelen.
Gewoon kitje kopen en bouwen. Met de ontwerpperikelen hoef je je niet te vermoeien. De kit is in de uitverkoop
https://nl.banggood.com/0-30V-2mA-3A-Adjustable-DC-Regulated-Power-Sup…

[Bericht gewijzigd door RAAF12 op 12 november 2020 17:42:14 (11%)]

Bedankt voor de commentaren, ik begin nu ook de vorige reacties beter te begrijpen.

Op 12 november 2020 17:25:56 schreef RAAF12:

Op 12 november 2020 16:21:54 schreef Lualaba:
Ik ga me zo een kit bij Banggood aanschaffen en experimenteren.
Dat men een negatieve spanning nodig heeft op U2 denk ik te begrijpen (offset bijregelen) waarom die nodig is op U3 zie ik nog niet.

Is al oa. door mij geschreven:

De neg. hulpspanning is nodig om de voeding tot nul te kunnen regelen.

Zonder negatief werkt de voeding Vout an 2.5V-30V
Met neg. opamp voeding is de uitgangspanning van 0-30V te regelen.

Dat vind ik wel een flauwe uitleg om eerlijk te zijn. De TS heeft al aangegeven dat hij een beginner is en stelt nu de duidelijke en gerichte vraag waarom het voor U3 nodig is, die niet de spanning regelt.

In dit geval zijn er twee verdachten: de ingang en de uitgang van de opamp. In het schema kan je zien dat R17 erg klein is: 33Ω. Dat wil dus zeggen dat daar zo goed als geen spanning op staat (ongeveer 5mV) en de ingang ongeveer op dat spanningsniveau moet kunnen werken. Deze specifieke opamp werkt van 3V boven de negatieve voeding tot op de positieve voedingsspanning en kan dat dus niet.

Hetzelfde geldt voor de uitgangsspanning: de stroom wordt omlaag geregeld via D9 en moet daarom ongeveer -0,7V zijn om U2 over te halen de uitgangsspanning terug te regelen naar 0V. Deze opamps kunnen hun uitgangsspanning in een 'worst case' tot 3V van de voedingsrails trekken bij aanwezigheid van een 10kΩ belasting naar de andere rails en een voedingsspanning van 30V. Dat wordt slechter als de belasting zwaarder is of de voedingsspanning lager. Hier ben je dus afhankelijk van de instelling van P1 voor de exacte waarde.

Ik heb de datasheet van de TL08x serie bijgevoegd zodat je deze informatie kan opzoeken. Alle opamps hebben in meer of mindere mate last van deze beperking. De meeste kunnen wel werken in de buurt van één van de voedingsrails, sommige die speciaal daarvoor zijn kunnen richting beide. Voor de uitgangsspanning geldt dit sterker: daar kan je alleen heel dicht in de buurt van de voedingsrails komen, maar nooit helemaal er bovenop, zeker niet als er enige belasting moet worden aangestuurd.

Lees het eerdere topic over deze voeding ook even. Het is een heel goedkope voeding, dus ermee spelen zal je de kop niet kosten. Daarentegen is het ontwerp niet super, en kan dus problemen geven als er iets niet optimaal is opgebouwd. Zo kan de voeding niet tegen een 24V trafo, wat wel wordt aangeraden. Tevens is Q2 niet geschikt voor meer dan 30V en is de stabiliteit op het randje. Bestel voor de uitgangstransistoren en de opamps dus een set extra, want die zijn meestal de eerste die overlijden.

RAAF12

Golden Member

Op 12 november 2020 17:49:44 schreef Kruimel:
[...]Dat vind ik wel een flauwe uitleg om eerlijk te zijn. De TS heeft al aangegeven dat hij een beginner is en stelt nu de duidelijke en gerichte vraag waarom het voor U3 nodig is, die niet de spanning regelt.

Niet flauw vind ik, maar to the point. De @TS heeft alle info, incl. de links naar vroegere discussie op CO over deze voeding. Met mijn info begrijpt hij hopelijk beter dat de negatieve hulpspanning noodzakelijk om de voeding helemaal tot nul volt te kunnen terug regelen. Het hoe waarom is al vaak verteld dat soort lappen tekst herhalen laat ik graag aan anderen over.
Iedereen zijn hobby :-)

vergeten

Golden Member

Op 12 november 2020 01:41:11 schreef Kruimel:
Hoe is een wisselstroom een misbruik van een condensator? Daar zijn ze toch voor? Voor zo ver ik kan zien zien deze elco's dezelfde belasting als wanneer je ze zou gebruiken als bufferelco bij enkelzijdige gelijkrichting. Uiteindelijk moet de belasting natuurlijk redelijk blijven om de rimpelspanning en -stroom binnen de perken te houden.

Volgens mij raken ze op den duur gedeformeerd omdat er louter wisselstroom door loopt.
Deze stroom is in de positieve helft van de sinus even groot als in de negatieve sinushelft.
Ze zien dus geen DC spanning met een polariteit die hoofdzakelijk positief zou moeten zijn aan de pluskant met een AC rimpel erop.
Een scope meting zou duidelijkheid brengen het ontbreekt mij de tijd om dat op te zetten.

M.i. zouden het beter geen elco's kunnen zijn.

Doorgaans schrijf ik duidelijk wat ik bedoel, toch wordt het wel anders begrepen.

Aah, dan snap ik je bezwaar... Er staat wel een positieve bias op, kijk maar naar de diode-indeling: er staan twee diodes (één uit elke van de bruggen) in serie over de condensator. De maximale negatieve spanning op de condensator is daardoor nooit groter dan ongeveer 1,4V, al is er zo ver ik kan zien geen route door welke hij ooit negatief geladen kan worden in deze schakeling.

Er loopt dus wel wisselstroom door de condensator, maar er staat niet slechts wisselspanning over. In essentie zal de condensator opladen tot de piekspanning van de trafo (min een diode-overgang) die vervolgens daalt tot de piekspanning van C3 (plus een diode-overgang). De amplitude van de wisselspanning is daarmee ook beperkt.

[Bericht gewijzigd door Kruimel op 12 november 2020 22:07:59 (14%)]