Meten aan een gelijkrichtschakeling -- onverwacht resultaat

Frederick E. Terman

Honourable Member

Leuk zeg, dit experiment. Iedereen haalt weer eens wat meer uit zijn hersens dan bij het routinewerk!

Fred, haal de gelijkrichter eens gewoon los van de elko, en blijf doormeten. Misschien kun je dan vaststellen of het aan je meter ligt - stel dat de spanning evengoed blijft doorlopen. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
rbeckers

Overleden

Ik heb vanmorgen een labvoeding op 1,95V DC via een 1N4148 diode op een 10uF//450V aangesloten en gemeten met een Kiethly 199. De Keithly, >1G Ω, geeft 1,93052V aan. Verloopt een beetje.
Bij loskoppelen van de voeding zakt de spanning langzaam.

fred101

Golden Member

Rene, probeer eens twee diodes, een in de min en een in de plusleiding. Dat scheelde bij mij bij de AC test wel.

FET, dat is een goede test. Dat zal ik met de solartron doen. De schrijver stijgt nog steeds en staat op 18 V
Ik heb net de solartron aangezet en hem in de 100 V range gezet. Hij staat bijna op 22 V. Ik zet koppel de voeding af op 22 V precies.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
rbeckers

Overleden

Fred, dan geeft de Keithly na een paar minuten 11,18V en na omdraaien meetsnoeren en even wachten -11,14V.

fred101

Golden Member

Ik heb nog wat experimenten gedaan.

De diode zoals ik gebruik in de solartron setup heeft een weerstand, in sper bij 25V spanning van 0,14x10^10 ohm. Ik ga gegarandeerd de mist in als ik dat omreken naar lekstroom maar er zijn hier wel wat mensen die niet in de stress schieten bij zoveel nullen.

Als ik de voeding van deze setup los gooi begint de meter terug te lopen.

Als ik de elco weg neem dan is de EMF op de diodes afgerond 59V. Ik heb een 2,2uF MKT gpakt met een ESR van 200 mOhm en een niet meetbare weerstand. Ik meet wel wat maar dat is meer vette vinger werk. Als ik deze zet ipv de elco dan schiet de spanning gelijk naar 68 V en loopt daarna langzaam op. Ik laat die anstan.

De schrijver met brug gelijkrichter en Fluke meter, Hier kan ik de voeding loskoppelen zonder dat de spanning zichtbaar zakt ( maar dit is een 100 Meg electrometer en de solartron staat in de 1000 V range en ik kan geen specs hier vinden maar waarschijnlijk 10 meg. Die staan op mijn andere PC.
Daar heb ik nu een tweede electrometer in de nA stroom meetstand gezet. Deze zit met zijn plus ingang aan de gelijkrichter en zijn min aanluiting gaat naar de plus van de diode. Er loopt + 625 nA laadstroom door de diode naar de elco. Maar ik heb die meter nooit helemal perfect gecalibreerd dus hij kan er wat naast staan maar dat is hier niet zo van belang. Het komt dus niet uit de voltmeter.
Ik ga deze later op de dag kortsluiten met een 1Meg weerstnd en dan laat ik de schrijver weer meelopen. Daarna zal ik van de elco de lekstroom meten.

@Rene, als je de elco weg haalt en direct op de diodes meet , meet je dan ongeveer 9 volt ? Ik denk dat er een relatie is tussen de inwendige weerstand van de meter en de lekstroom van de diodes. Dus als de diode 1 uA lekt en de meter 10 MOhm is dan krijg je 10 V op je meter te zien.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
rbeckers

Overleden

Voeding DMM (V)
0,00 4,6
1,95 5,3
5,00 7,3
10,0 10,9

Zonder elco en met een diode in + en een diode in - leiding van de voeding. Rest als boven. Ook andere voeding aangesloten met hetzelfde resultaat.

fred101

Golden Member

http://www.pa4tim.nl/?p=2706
Hier staan de uitgewerkte resultaten. In de grafieken en tekst staan de meetdata als tijden, lekstromen, capaciteit, weerstanden ect.

Het gaat dus , denk ik niet, om een statisch veld. Het is echt lading anders had de spanning bij ontladen direct in moeten storten maar de curve ziet er erg V(t)=RC(d/dt)Vin(t) achtig uit. (denk ik want als ik zoiets probeer uit te rekenen krijg ik meestal heel erg wazige resultaten.

Ik heb met de boeken erbij geprobeerd hieraan te rekenen maar daar komt niks bruiksbaars uit.
FET, ik hoop dat jij daar naar wil kijken (de andere geachte wiskundige bollebozen mogen zich natuurlijk ook uitleven) en aan de hand daarvan nog wat boven water kan halen.

Dit was de schrijver output/ Zo'n anderhalve meter papier
http://www.uploadarchief.net/files/download/resized/elcotest.jpg

Over het lekken van elco's. Dat heb ik ook gelijk wat uitgediept. Ik heb een HP source meter welke van 50fA tot 20uA kan meten.
http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2011/04/HP4329A_2.jpeg
Ik heb deze gebruikt om de lekstroom van de gebruikte 1565 uF te meten bij 25VDC. Dat begint hoog en neemt over tijd af. Aangezien het echte opladen van een elco dagen duurt :-) heb ik hem een paar uur laten hangen. Hij zat vrij snel, paar minuten, op ongeveer 2uA maar dat was na een paar uur 80nA. En zo worden dus veel elco's onterecht de vuilnisbak in gekeild. Als check dat met een paar andere meters herhaalt en de metingen zaten allemaal tussen de 50 en 150nA. De uiteindelijke lek moet rond de 80-100nA liggen. Deze grote marge omdat ik geen farady cup heb gebruikt (wel guarding) en geen zin had eerst alles met alcohol schoon te maken dus het zal eerder minder dan meer zijn.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Het spijt me, mij ben je al een hele tijd kwijt.

Ik begrijp al die verwijzingen naar de lekstroom in sper niet. De stroom die de spanning verhoogt komt door de diode in doorlaat.
De lekstroom in sper zal hoogstens de spanning trachten te verlagen.

Het zal heus geen stroom uit de meter zelf zijn die de elko oplaadt, want als dat zo was, zou de meter maximale spanning aanwijzen als er niets aan de ingang hangt. Maar dat doet hij niet; hij wijst dan gewoon 'nul' aan, in elk geval heel laag (beetje offset).

Ik zal de proef zelf ook maar moeten nemen. Maandag heb ik weer gecalibreerde meters bij de hand.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

Wat ik bedoel: Als de elco boven de gelijkgerichte spanning komt. Dus de spanning die er normaal zou staan als er een belasting aan zou hangen. Dan worden de diodes reversed biased. Even van de plus lijn na de brug uitgaande. De spanning aan de plus wordt hoger dan de Vpiek aan de AC kant. En aan de min kant gebeurd het zelfde. Je hebt nu dus twee gesperde diodes.

Dat is het enige wat ik kan bedenken. Er loopt in ieder geval stroom tijdens het stijgen van de spanning. Dat heb ik gemeten en gezien de ontlaad curve zit er ook echt energie in de condensator. Als het stroompieken zouden zijn dan zou het volgens mij niet zo regelmatig door stijgen. De condensator laadt dan op tot het maximum van de pieken. Bij 3,9V AC zouden dat dan 20V pieken zijn.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Op 15 oktober 2011 22:36:40 schreef Frederick E. Terman:
Het zal heus geen stroom uit de meter zelf zijn die de elko oplaadt, want als dat zo was, zou de meter maximale spanning aanwijzen als er niets aan de ingang hangt. Maar dat doet hij niet; hij wijst dan gewoon 'nul' aan, in elk geval heel laag (beetje offset).

Sommige meters doen dit wel degelijk. Dan loopt de waarde op tot hij op een hoger bereik overschakelt met een lagere ingangsimpedantie. Dan wordt de parasitaire condensator ontladen en begint het weer van voren af aan. Echter is het dan een zeer hoge DC weerstand met ~100pF aan parasitaire capaciteit, in plaats van een elco met een hogere lekstroom en een veel grotere capaciteit.

fred101

Golden Member

Klopt, je ziet dat bij veel-digit bench meters. Als je ze niet in een hoger bereik zet bij geen input, maar in auto laat staan gaan ze steeds schakelen tussen 100mV en 1V bereik. De Keithley 199 en Fluke 8500 doen dat heel fanatiek.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Ik bedoel niet sommige meters onder sommige omstandigheden, maar de meters die tot nu toe gebruikt zijn.
De clou is natuurlijk dat, zolang de elco opgeladen wordt, er stroom in de doorlaatrichting door de diode gaat. Je mag dan dus niet over sperrichting spreken.
De spanning aan de ingangskant zal op zulke momenten dus echt hoger zijn (aangenomen dat daar de anode zit).

Als er op regelmatige afstanden spikes op het net zitten, zou je (op de nu gebruikte tijdschaal) de spanning ook regelmatig zien oplopen.
Met een schone gelijkspanning gebeurt het toch niet, althans niet boven de nominale ingangsspanning uit?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Die spikes moeten d'r natuurlijk ook nog aan de secundaire kant zitten. Ik heb daar zo m'n twijfels over; de frequentie van zo'n spike zit al snel in de kilohertzen, en juist daar is een simpele bloktravo (sic) al aardig effectief als filter.

fred101

Golden Member

De meters die ik gebruikt heb, hebben daar geen last van. Ik heb ook niet in de 100 mV range gemeten. De Fluke is een neon chopper, de Philips ook, de solartron een 7,5 digit meter met 0,0005 % nauwkeurigheid maar niet met een dual slope converter. ( ik dacht een soort VF converter)
Ik zal eens een scope aan die trafo hangen met de single trigger boven de AC spanning. Als er zulke hoge spikes zijn moet ik ze zo kunnen zien.

En om uit te sluiten dat de voltmeter als stroombron werkt kan ik die meter direct op een stroommeter aansluiten.

Het feit is dat boven de "AC grens" de stroomrichting omdraait en ik het bij DC in sper heb gezien. Vandaar mijn idee van sperstroom..

FET, het gebeurd dus ook met gelijkstroom. Ik heb een labvoeding aangesloten op een niet meetbaar lekke 2,2 uF MKT via diodes in sper ( zie een stuk terug voor de gemeten waarden) ik geloof niet dat die spikes van meer dan 50 V op de lijn zet ( het is een analoge voeding)

Ik denk dat hier de zin " bij conventie loopt de stroom van plus naar min" de boel in het honderd gooit, moeten we hier niet kijken wat de electronen doen en wat er fysiek in de np overgangen plaats vindt.

Wat in ieder geval duidelijk is,
-het is een reproduceerbaar experiment
-het is multimeter afhankelijk
-het gebeurd ook bij DC als je de diodes in sper aansluit.
-het is in de praktijk een verschijnsel waar blijkbaar nooit iemand last van heeft gehad. Toch lijkt het me lullig als je zo een ongestabiliseerde voeding bouwt, hem aan laat staan en dan je schakeling aansluit. Dan staat er ineens een met >20 V geladen elco op je schakeling.

Ik bedenk nog iets. Ik laat de elco en AC voeding uit het eerste experiment. Weer twee dagen aan maar nu zonder de meter erop. Dan sluit ik na die tijd de meter aan. Als hij dan weer op 21 V staat kunnen we de meter uitsluiten.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

OK, nu ben ik het zat. Ik ga niet wachten tot ik bij de goeie spullen kan, maar begin hier meteen met wat ik heb.

  • Een Fluke 77, die ik in 1985 bij de toenmalige baas in gebruik heb genomen en 1998 bij mijn afscheid heb meegekregen. Sinds die tijd ligt hij in de gereedschapstas in de auto. De batterij die er in zit is wel nieuwer; die is van 2004 (staat erop met viltstift) en alkaline.
  • Twee 1000µF elco's, uit een doosje gemerkt '1986'. Wel Philips. Volgens opdruk 16V.
  • Enkele stuks 1N4001 uit hetzelfde doosje. Weerstandje van 10MΩ.
  • Trafo uit het jaar kruik met verschillende secundaire spanningen. Gauw netsnoer aangesoldeerd.
  • Conrad 'lab'voeding PS2403.
  1. meet met Fluke 77 ingestelde 16V van voeding (ok). Daarna met 10MΩ in serie; aangegeven waarde halveert. Ingangsweerstand van de '77 dus ook zoiets.
  2. Hang elco in serie met voltmeter aan 16V. Voltmeter wijst 0,2V aan. Weerstand van elco dus 15,8/0,2 x 10M = 790MΩ. Later loopt dit op, we rekenen met ongeveer een giga-ohm. Tot zover het praatje van lekkende elco's. En deze waren in 1986 al oud!
  3. Fluke via diode in sper aan 16V, meet 1,2V. Speerweerstand van de diode (in déze omstandigheden) dus ruim 120MΩ.
  4. Voeding via diode in doorlaat op elco. 16V voor de diode, een paar tiende minder erachter. Geen schokkende dingen.
  5. Voeding via diode in sper op elco. Meter los, af en toe prikken voor meting. Elco laadt zich op tot 14,4V; zijn lekweerstand is dus 14,4/1,6 maal zo groot als de lekweerstand van de diode, ofwel ongeveer een Gigaohm. Dit hadden we al eerder gevonden.
  6. Elco via één diode aan transformator. 6,26Vrms in, 8,36Vdc uit. In de piek hangt er dus 0,49V over de 1N4001. Dat komt goed overeen met de bijna 25µA piekstroom die er dan steeds (heel even) loopt om de elco bij te toppen. De gemiddelde diodestroom is natuurlijk ongeveer 800nA, hoofdzakelijk door de meter.

Ik zie nog geen rare dingen, maar wie weet komt het nog.

Hier gebeuren de proeven. De onbegrijpelijke dingen heb ik even gelabled; de rest moet vanzelf spreken. :)
http://www.uploadarchief.net/files/download/20111016fet_bureau.jpg

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

De transformator is natuurlijk niet ideaal, er is een lek weerstand tussen de primaire- en secundaire wikkeling van de trafo en niet te vergeten, een parasitaire capaciteit.

http://www.uploadarchief.net/files/download/graetz_misterie.png

Raad zelf maar welke spanning bij welke schakeling hoort... De parasitaire capaciteit is hier overdreven groot (10nF).
Dit grapje lukt ook met de 'diodes in de plus en de min van de elco' zoals in Freds experiment. Echter met een enkelzijdige gelijkrichter gedraagt de schakeling zoals het hoort.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Dat is mooi getekend zo. De spanningsverdubbelaar heeft maar weinig last van de secundaire wikkeling. :)

Vandaar de truc de meter NIET aan te sluiten, en alleen af en toe te kijken - dan zou het effect niet moeten optreden, omdat de belasting dan zijn aarde niet vindt.
Komt dat uit?

e: uitgerekend mijn trafo heeft trouwens een afscherming tussen P en S. :)

[Bericht gewijzigd door Frederick E. Terman op zondag 16 oktober 2011 16:57:21 (12%)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
rbeckers

Overleden

Ik denk dat de post van Rd12tf het raadsel oplost.

@FET
Is dat niet een FRG-7700?

Pas op, mijn eerste plaatje bevat een fout, de ideale trafo heet een Lp=210H en de niet ideale Lp=20H!
Er is dus geen sprake van verdubbeling.
Het werkt volgens mij zo: Naarmate de laadstroom afneemt, neemt de dynamische weerstand van de bruggelijkrichter toe, gegeven moment krijgt de stroom door het parasitaire circuit de overhand en het laden gaat steeds verder tot de topspanning van de primaire wikkeling.

Verbeterde plaatje:
http://www.uploadarchief.net/files/download/graetz_misterie2.png

Frederick E. Terman

Honourable Member

Dit is zonder twijfel het juiste antwoord. Hulde O Grote Eat!

Met 'verdubbelaar' bedoelde ik het parasitaire circuit. Er zijn twee takken, die bijna parallel gevoed worden - alleen bij de tweede zit de secundaire van de trafo in serie; iets waarvan hij maar weinig last heeft.

De spanning wil zo uiteindelijk naar 640V stijgen. Vandaar dat de lijn bijna recht is in het 'begin'; de eerste uren dus... :)

e: Ik liet me even afleiden: maakte net een verbinding op 29.630 MHz FM (!) met Namibië - V51B.
Door het zware Nederlandse accent had ik er eerst maar weinig aandacht voor, maar het was toch echt DX. :)

[Bericht gewijzigd door Frederick E. Terman op zondag 16 oktober 2011 17:54:39 (20%)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

Eat, gaaf, daar had ik nooit aangedacht. Klinkt als een reele verklaring.
Maar nu ben ik nog wel benieuwd waarom ik meer dan 60 V meet als ik een 12V labvoeding van twee diodes in sper voorzie met een 2,2 uF MKT als condensator.
Dus plus- kathode- anode- condensator- kathode- anode - min. 12 VDC op de diodes en ik meet 68 V over de condensator. Zonder condensator 59 V (dus alleen de stroom door de 10 MOhm meter )

[Bericht gewijzigd door fred101 op zondag 16 oktober 2011 22:51:05 (11%)

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Dat zou dan alleen moeten gaan als je een netgevoede meter eraan laat zitten. Niet als je (af en toe) meet met een losse 10MΩ multimeter. Komt dat uit?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Dit was leuk. Eén van de dingen die je nooit meer vergeet.

Suffering from wiseass oneliner blackout
Frederick E. Terman

Honourable Member

Ik kan er tot nu toe niets over vinden in mijn boeken, en ook niet op Internet. Het zou een leuk stukje voor Electron zijn.

Op het werk heb ik er de collega's al mee gek gemaakt. Als raadsel; het antwoord heb ik ze niet gegeven. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org