Hi,
Dan nu wat uitleg over het regeldeel van de voeding.
Waarom de moeite voor een 45€ voeding zullen jullie je misschien afvragen, dat is omdat dit voedinkje een prachtig object is om lekker op te experimenteren.
Met een beetje inzet voor de aanpassingen die ik ga voorstellen krijg je een mooi stabiel en ruisarm voedinkje voor kleine electronica schakelingen, oja een en Ri die vel pro voedingen naar de kroon steekt.
Ook al die je niet de door mij voorgestelde aanpassingen, blijft het al een goed regelbaar vodindje, maar wel het Aarde probleem oplossen, wat je in 15 minuten gereld hebt.
Denk wel aan de garantie, julie gaan het aanpassen dat is verder dus niet meer voor rekening van de verkoper, jij slopen, jouw schuld en denk ook aan de veiligheid als je de voeding opend!
Verder leent deze voeding zich goed voor uitleg hoe deze is opgebouwd volgens het Harrison concept.
Dat Harrison concept bestaat uit een referentie schakeling, twee versterkertrapjes een "poort functie" vaak door twee dioden geregeld,
bij deze voeding zijn het de rode en de groene LED, sommige oudere voedingen van HP of Harrison gebruiken daar ook transistoren voor.
Mooi, eerst weer het bijgewerkte schema.
KLIK!
.
Een deel van de goede eigenschappen komt door het goed opgezette voedings en referentie deel.
De opamps worden gevoed uit SMD versies van de 7805 en de 7905 regelaars, samen met de meestal goede onderdrukking van stoorsignalen op de voedingslijnen van de opamps,
zorgen er voor dat b.v. brom die die staat op de buffer elco's aan de ingang van de regelaars.
Voor de voedingslijnen van de OpAmps is er bij elkaar een zeer hoge onderdrukking voor de 7800 serie regelaars is dit tussen 60 en 80dB en voor de RC4558 is dit tussen de 70 en 100dB.
opgeteld bij de ongunstigste waarde is dit dan 130 dB vro 50 en 100Hz signalen.
Nu is het makkelijker rekene met 120dB, dat is 2x 60DB en 60 dB is factor 1000, totaal dus 1000x1000 is 1 miljoen maal onderdrukking van de aangegeven 50 en 100Hz signalen.
Zeg dat er 1Vpp op de buffer elco staat de LM7805 neemd de eerste 60dB voor zijn rekening, daar staat dan 1mVpp op zijn uitgang(meestal is het nog eens 10x beter)
De voedingspanning onderdrukking van de opamp doet er dan nog eens minimaal 70dB aan demping bovenop(wat ongeveer 3000x is) en dan komen we uit bij 0,3uV aan brom.
Dit is een beetje simpele uitleg, maar dit doe ik uit mijn hoofd om gewoon in te schatten waar ik tegenaan ga lopen als ik zo'n schakelingopzet zie.
De brom is bijna altijd hoger dan dat ik zo uit het hoofd berekend heb, dit komt omdat er ook nog via andere wegen er brom in de schakeling wordt geinjecteerd wat ik zo nog ga aantippen.
Na de 5V LM7805 komt weer een belangrijk onderdeel en dat is de referentie regelaar, welke vrijwel zeker een TL431 is, kan het niet goed aflezen op zijn huisje.
Omdat het een beetje wringt in mijn hoofd wat de TL431 schakeling betreft, heb ik hem net even op een stukje koperprint gebouwd.
Dit heeft vooral te maken met de "ontkoppeling" van de TL431, in de datasheet staan vrij specifieke opmerkingen over hoeveel capaciteit bij de TL431 gebruikt mag worden in een bepaalde schakeling.
Stukje uitleg over de TL431 en andere Zeners.
De beste Zeners die tussen de 5 en 6,5V als zener waarde hebben komen eigenlijk nooit lager als 10Ω als inwendige weerstand.
Neem je nu een type Zener zoals de TL341 ,LM399 en er zijn er nog meer zoals de LT1009 enz, dit zijn allemaal Zeners die een buffer/versterking schakeling intern hebben.
Hierdoor gaat de inwendige weerstand flink omlaag, meestal ruim beneden de 1Ω, de TL431 serie instelbare Zeners zit dit gemiddeld een stukje beneden de 0,5Ω
De fabrikant ST geeft tipical aan 0,22Ω en de door mijn net gemeten TL431 van TI met het typenummer TL431AT in TO92 behuizing kom ik aan ongeveer 0,15Ω
Die 0,15Ω, denk eens na wat voor condensator waarde je daar aan parallel moet zeggen om zeg de ruis rond 1KHz met 6dB omlaag te krijgen, dat moet ruim 1000uF worden die over de TL431 moet worden gezet.
De XC van een 1000uF condensator is 0,159Ω en als je daar dan nog de ESR bij optelt kom je aan een zeer grote waarde van deze condensator, wat dus onzinnig is.
Even een plaatje met het schema hoe ik dit net gemeten heb.
Op de linker aansluiting wordt mijn Harrison moduleerbare voeding aangesloten die 5V DC levert met daar op gemoduleerd een AC signaal tussen 20Hz en 20KHz,
hoger heeft niet zoveel zin, dit omdat de bandbreedte van de voeding dan minder wordt.
De voeding wordt gemoduleerd door een van mijn functie generatoren.
Ik meet met mijn Audio Precision meetset over de zener, dit kan trouwens ook met een geluidskaart of een Analog Discovery-2,
Je hebt voor dit soort metingen niet zo'n audio meetset nodig die ik nu gebruikt heb, ook met mijn 12-bit Pico Scoop kan je in de FFT modus deze metingen doen.
In het schema staan de condensatoren getekend via jumpers, dit om het makkelijker te maken om verschillende metingen te doen.
.
De uitkomst van de testsetup
De uitkomst was erg opvallend met als belangrijkste punt dit, je moet beide condensatoren gebruiken, doe je een van de twee, dan genereerd de schakeling!
Maar je kan ze net zo goed beide weglaten, de Ri van de zener schakeling is zo laag, dat ruim voorbij de 20KHZ de Ri ruim beneden de 1Ω blijft. (er is één rede waarom ze misschien moeten blijven zitten, dit komt later aan bod)
Als eerste de ruismetingen.
Met de Meetset op de 22Hz tot 22KHz stand is de ruis 15uV RMS
Met de Meetset op de <10H tot 80KHz stand was de ruis rond de 30uV.
Wat blijkt nou, voor de ruiswaarden maakt het geheel niet uit of de condensatoren wel of niet worden aangebracht!
Dat was natuurlijk al duidelijk geworden aan de vergelijking van de Zener Ri en de Rc van de condensatoren bij 1KHz.
Er was dus ook geen echt verschil meetbaar tussen wel en geen condensatoren wat de onderdrukking van stoorsignalen uit de 7805 regelaar betreft, de variatie zat binnen 1dB.
Bij 50Hz wordt de ruis en brom rond de 70dB gedempt door de TL431, bij 10KHz is dit -66dB.
Dat de demping bij 10KHz en hoger minder wordt, is hier in het geheel niet belangrijk, de voeding komt uit een "schone" LM7805 regelaar.
Zou je de TL431 achter een SMPS voeding zetten dan is een simpel LC filter voor je b.v. de 200Ω ingaat om de schakelpieken te dempen.
Waarom eventueel wel de twee condensatoren over de TL431 gebruiken
Dat kan te maken hebben met het inschakelgedrag van de voeding, R58 van 200Ω samen met C33 van 10uF kan net genoeg vertraging geven om de voeding netjes te laten opstarten.
Dit heb ik nog niet getest en kan het daardoor nu niet met zekerheid zeggen, ik ga dit nog testen.
Schakeling rond de potmeters
Laat ik eerst weer een plaatje laten zien om het een en ander duidelijk te maken.
.
Er was een opmerking over de potmeter waarde samen met de weerstanden er omheen, deze weerstanden zijn gekozen uit de E96 reeks, dat is vreemd t.o.v. de nauwkeurigheid van de meeste potmeter waarden.
Gewone potmeters zijn meestal tot zo'n +-10% van de aangegeven waarde op de potmeter.
Spanningspotmeter
En ik dacht laat ik dit voor jullie is een beetje uitspitten in hoeverre de potmeter waarde er toe bijdraagt aan de nauwkeurigheid van de spanningsdeler rond de potmeters.
De bovenste drie schakelingen betreffen de potmeter die de uitgangspanning instelt.
Hou er rekening mee dat de meeste spanningen niet heel precies zijn gemeten, maar grotendeels kloppen de berekeningen wel.
Links boven is de schakeling zoals in de voeding aangebracht, aan de bovenzijde zoals hier getekend staat 2,192V, opmerking kijk naar de beschrijving van de potmeter aansluiting,
CCW staat bovenaan en CW staat onderaan, dit is nodig voor de schakeling rond de opamp omdat deze potmeter de spanning op de negatieve ingang regelt van de opamp!
De middelste schakeling van de bovenste rij geeft de spanning aan als de potmeter niet in de schakeling is opgenomen, onderaan in het blauw kunnen jullie zien dat de spanning op het knooppunt van R49 en R50 maar 1,14% omlaag gaat, de weerstand R49 van 130Ω samen met de twee 510Ω weerstanden zijn dominant in de spanningsdeler.
Rechts boven laat de situatie zien als de potmeterwaarde i.p.v. 10K nu 11K wordt genomen, deze variatie in waarde heeft maar en heel klein effect met net geen 0,1%.
Oja, hou er rekening mee dat voor DC alle variaties in de referentie spanning worden versterkt, de hoeveelheid versterking is de 16,2V gedeeld door 2,192V wat rond 7,4 maal is.
De versterking wordt bepaald door R53 van 1K8 en de drie in serie staande weerstanden R54, R55 en R56, en is hier berekend aan de hand van de gemeten waarde wat ondermeer weerstands nauwkeurigheid meeneemd.
Ohm pi ziet het graag precies als formule: ((R54+R55+R56)+R53)/R53 = (3x3,9k+1,8k)/1,8k = 7.5 x, dank je.
Stroompotmeter
Hetzelfde geld meer of minder voor de onderste rij, de linker is de originele situatie, de middelste zonder potmeter en de rechtse weer met een 11K potmeter.
De variatie is hier meer, recht aangegeven als +0,438 procent maar de versterking is hier 1x.
Belangrijk punt, bias stromen
Kijk hoe de spanning van de lopers van de potmeters naar de opamp ingangen gaan, is daar een DC path aanwezig?
Dat is voor beide potmeters niet het geval, er is alleen sprake van bias stromen en die kunnen en zullen de door mij hier aangegeven DC waarden aantasten.
Neem de 10K van de loper naar de -ingang (pen-2) tipical loopt er 150nA biasstroom dat geeft voor die ingang een DC shift van 1,5mV Als de loper van de potmeter helemaal bovenaan of onderaan staat.
Staat de potmeter in het midden dan wordt de waarde van R28 opgehoogt met 1/4 van de waarde van de potmeter,
dan ziet de -ingang van de opamp 12K5 i.p.v. 10K en dit deel zal dan een DC shift geven van ongeveer 1,88mV.
Ik heb nu alleen de -ingang besproken maar ook de +ingang heeft R29 van 10K en de vervangende waarde van R53 parallel aan de serie string R54, R55 en R56.
De gene die regelmatig met analoge elektronica bezig zijn zullen denken, lekker belangrijk Bram, je kan de voeding amper op 10mV nauwkeurig instellen met de aanwezige potmeters, en dat klopt!
Ik wil jullie aan de hand van deze simpele en goed werkende schakeling laten zien wat er mogelijk is, de basis is echt goed!
Er zal vrijwel zeker een opmerking komen, kan ik deze voeding niet gaan aansturen met een Arduino ik heb nog twee mooi DAC's van Analog Devices?
Met een paar kleine aanpassingen van de delers van de referentie spanningen het verwijderen van de potmeters kan je zo een 0 to 5V DAC of een 0 to 2,5V DAC gebruiken.
Je zal dan rekening moeten houden met de biasstroom fouten, anders krijg je bij de lagere uitgangsspanningen te grote fouten, en/of je resolutie klopt niet goed genoeg.
Dit heeft allemaal te maken met wat ik vaker heb aangegeven en dat heet Error Budget wat een optelsom is van alle afwijkingen in je schakeling.
Bij mij zit er nu in de eerste voeding (ik heb er twee gekocht) een moderne Analog Devices Auto Zero JFet opamp in, de 10K in serie geeft dan geen bias fouten meer, er speelt bij dit soort/type opamps nog wel wat anders mee, dat is de injectie van stroompulsen van het Auto Zero systeem, die kunnen bij bepaalde schakelingen met hoge impedantie weer een item van het Error Budget toevoegen, live sucks! *grin*
Genoeg voor nu, ik ben leeg getyped...
Shoot, groet,
Bram