Schakeling voor testen zenerdiodes

Mooi project weer en snelle reactie.

inderdaad de tempco en produktspreiding van de transistor, en eventueel een ander type, wordt gecompenseerd, maar net wat je zegt enige kans op resonantie.

Op 30 september 2017 20:21:25 schreef blackdog:
Hi Rew, Thevel,

Poesje
Ik had in eerste instantie geen enkel idee wat jullie bedoelde...
Splan weer opgestart en wezen turen, en toen zeg ik de spelfout

Ja ik blijf scherp want ik wil door voor de kleuren tv.

Hi,

Kleuren TV?....
Die gaat naar: rwk *grin*

Hi Heren, hier even mijn dank voor jullie input, ik ben er blij mee en hopelijk jullie ook.

Ik probeer dit de laatste versie te houden en ik noem hem de: Hyper Version

De laatste tip was die van rwk en daar ben ik vanmorgen mee wezen stoeien.
Door de feedback pin van de TL431 te gebruiken aan de emittor van de transistor vallen veel eigenschappen weg
die de werking nadelig beinvloeden.
De transistor zit nu binnen de loop en dat resulteerd in een stabiele stroom die eigenlijk alleen afhankelijk is van de TL431 en de gekozen emittor weerstand.
De Vbe en de Hfe doen er niet meer toe (natuurlijk binnen bepaalde grensen)
Het omprikken van de transistor zoals ik heb gedaan met de 2SC4793, MJE15030 en de MJ340 doet niets wat de ingestelde stroom betreft.
De Referentie spanning van de TL431 en de emittor weerstand bepalen de stroom die er gaat lopen, zoals ik hierboven ook al aangaf.

Er is ook nog een input bijgekomen!
Dat is de modulatie ingang, wat ik gisteren al aangaf, is het wel noodzakelijk rekening te houden met de stabiliteit van de TL431.
Dus ik zocht een oplossing hoe dit te testen, daar zijn meerdere mogelijkheden voor, maar ik heb gekozen om de emittor stroom te moduleren.
Aan de uitgang van de stroombron heb ik getest met een 1K en een 100Ω weerstand en hierover gemeten met de scoop en wisselspanning meters.

Voor de duidelijkheid, de modulatie heeft in principe geen doel voor het snel testen van zeners met een DC stroom.
Maar voor iemand die meer wil weten, kan b.v. de 1mA of 10mA stand gebruiken en dan de modulatie ingang gebruiken om de zenerstroom te moduleren.
Door de AC spanning te meten over de zener krijg je een idee van de Ri van de te meten zener.
Gaan jullie nu inzien welke functie zo'n simpel meetinstrumentje allemaal kan hebben? (nog meer functies door de rwk input!)
Het enige jammere is dat met deze opset het geen "echte" AC stroombron is, want er is altijd een DC path nodig.

Korte AC specs
Ik ga het nog verder specificeren hier, maar hier vast wat waarden betreffende de modulatie.
Stroomstand: 1mA
Modulatie 0,5V RMS
Bandbreedte <10Hz -3dB bij ~900KHZ!
Weerstand in de collector waar over gemeten wordt is 1K.

Ook bij een 10K weerstand in de collector gemeten, dan wordt in de hogere frequenties de scoop probe impedantie snel dominant.
Met alleen de probe zit het -3dB punt rond de 500KHz, behalve de scoopprobe zijn er ook nog andere paracitaire capaciteiten in het spel.

Als de bouwer een zo breed mogelijk frequentie gebied wilt hebben, dan is de MJE15030 niet de goede keuze.
Dat komt door de t.o.v. de twee andere gespecificeerde transistoren dat de MJE15030 grote inwendige capaciteiten heeft.
De MJ340 en de 2SC4793 zijn wat AC specs betreft vrijwel gelijk.

Er zijn nog wat onderdelen die ik verder moet uitzoeken, zoals de koppel condensator van 100uF aan de emittor,
die kan waarschijnlijk wat kleiner worden.
Ook de voedings elco's staan in het schema nu als 100uF 63V vermeld,
dat komt omdat ik wat vreemde metingen had en de voeding met 1000uF had ontkoppeld en de effecten (tilt van de blokgolf) grotendeels was verdwenen.
Over dit deel later dus meer.

Maar nu eerst het schema

Aan de modulatie ingang is een klein netwerkje zichtbaar, het gaat dan vooral om R15 van 499Ω en C9 van 820pF.
Dit low pass filter zorgt er voor dat de schakeling geen frequenties krijgt toegevoerd waar de schakeling niet mee om kan gaan.
Dit filter zorgt er dus voor, dat er maar minimale minimale abberaties optreden als de modulatie ingang wordt aangestuurd
door een generator met stijle blokflanken.

De gevoeligheid is ongeveer 1V_tt (de twee 499Ω in serie is 1K)
De impedantie op de emittor is zonder het feedback systeem afhankelijk van de stroom door de transistor.
Het is handig als je de volgende vuistregel aanhoud 1mA is ~25Ω de emittor impedantie is 25/i in mA, dus bij 10mA is de emittor impedantie rond de 2,5Ω

Bij de hier toegepaste schakeling is er een regel element en dat is de TL431,
die zorgt er voor dat de impedantie op de emittor door de feedback over een groot frequentie bereik zeer laag is.
Als de loopgain niet meer voldoende is in de hoge frequenties, dan hou je weer ongeveer de Ri over van de transistor zelf over aan de emittor.

Ok, dan hier wat plaatjes hoe goed stroombron zijn werk doet en gemeten met een MJ340 als transistor.
Stroom 1mA, Collectorweerstand 10K, Sinus, 100KHz.

Stroom 1mA, Collectorweerstand 10K, Blok, 100KHz.
Zenertester-10-1mA-10K-Blok-100KHz.png

Stroom 1mA, Collectorweerstand 1K, Sinus, 100KHz, er is iets meer abberaties te zien aan de neergaande flank.

Stroom 1mA, Collectorweerstand 1K, Blok, 100KHz.
Zenertester-10-1mA-10K-Blok-100KHz.png

Stroom 10mA, Collectorweerstand 100, Sinus, 100KHz.

Stroom 10mA, Colector weerstand 100, Blok, 100KHz, door de lagere collectorweerstand zijn de abberaties nu minder op de neergaande flank.

En als laatste een plaatje bij 900KHz sinus -3dB punt, niet gek voor zo'n simpele schakeling...

Ik hoor weer graag jullie commentaar.

Groet,
Bram

Hallo Bram,

Dat ziet er goed uit, maar ik wacht voor de zekerheid nog even met bouwen tot de Hyper Deluxe Version V2 er is.

Groeten,
Wim

Ha Blackdog, mooie metingen met die extra ingang en mooi resultaat, tot 900kHz en zonder resonanties of vervorming.

Hi Heren, Dames ook hoop ik

Hieronder twee plaatjes, de eerste is de breadboard opzet.
Rechtsboven zie je drie weerstanden waarmee gemeten is die aan de collector hangen, 100Ω, 1K en 10K.

Hieronder het printje waar ik nu mee bezig ben, de stroombron schakeling is nu klaar.
Rechtsboven zijn twee aansluitklemmen van de voeding.
De twee klemmen rechtsonder is de uitgang, onder de vijf vertikale weerstanden zitten de aansluitingen voor de stroomschakelaar.
De montage van de transistor ziet er wat vreemd uit maar is voldoende om de transistor een beetje koeling te geven.

Het beetje ruimte linksonder is voor de gelijkrichter die de paneelmeter voed en de signaal LED's van stroom voorzien.
Op de uitgangsklemmen komt een klein printje met de zeners en het relais dan de uitgang kan ompolen.

En als laatste de onderzijde van de print, zoals altijd strak, dat kan, omdat ik veel tijd steek in het uitzoeken hiervan.
Het printje is nog niet schoongemaakt en ook rond de 230V aansluitingen is nog geen isolatie aangebracht.

Gegroet,
Blackdog

"It's Alive, It's Alive"

De print is af, maar nog niet schoongemaakt.
Linksonder is nu de paneelmeter voeding gebouwd met de LM317HV.
Rechtbovenis de Philips meter over de voeding aangesloten, ik heb even een film condenator gebruikt als aansluitdraden

Overzicht met de Philips meter die de totale voedingspanning aangeeft bij de 1mA stand en mijn netspanning.
Ik kan verder zeggen dat onbelast (de spanning is dan ongeveer net geen 90V) aardig prikt, ik schrok flink *grin*

Dit zegt de stroommeter na wat trimweerstanden te hebben geplaats over de bereiken.
Alle vijf de bereiken zijn nu binnen 0,1% nauwkeurig.

Nog even wat over de TL431, daar heb ik er een aardige hoevelheid van i.v.m. testen voor een oven referentie.
Ik heb een flink aantal van verschillende fabrikanten getest en een zakje met 20 stuks die via Reigelt kwamen in de vuilnisbak gedonderd.
Die ruisden echt de pan uit!
De wat betere van TI waren het meest stil, dat is de TL431AC versie die nu ook in mijn printje zit, kost een paar duppies meer dan de goedkoopste.
Er zijn wat van de beste versie onderweg hier naar toe, deze moeten een iets betere spannings nauwkeurigheid hebben.
Maar waar ging het nou echt om, het TI model zat wat ruis binnen 22Hz en 22KHz bandbreedte rond de 14 a 15uV,
het Reigelt modelletje vond het leuk om zo rond de 120uV richting mijn Analyser te duwen, prutsproduct!
Ik bouw nog een tweede print en daar komen 0,1% weerstanden in en een uitgezochte TL431BCLPR, ik hou jullie op de hoogte!

Een up to date schema van de Hyper versie.

Er is nog veel meer om uit te leggen of jullie op te wijzen wat vooral betrekking heeft op de AC functie.
Even kort dan, als je de stroombron moduleert is de bandbreedte afhankelijk van de stroom, de capaciteiten aan de uitgangsklemmen,
of een van de spanningsbegrenzings zeners in gebruik is en de capaciteit van de paneelmeter.

Vooral bij de laagste stroombereiken en hoge D.U.T. impedanties kan het frequentie bereik erg beperkt zijn.
Maargoed, bij mij is de modulatie eigenlijk alleen bedoeld voor de 5 en 10mA stand, maar het is goed om te weten waar de beperkingen zitten.
Mijn paneel metertje dat ik hier heb liggen, die ik wil gebruiken trekt wel 0,2mA dat is een flink deel van de 0,5mA van het laagste bereik.
Hier moet ik nog even over nadenken hoe ik dit op ga lossen, het lijkt er op dat ze een 400K voorschakel weerstand geruiken in de spanningsdeler.
Ook hier later meer over.

Groet,
Blackdog

Hi,

Mooi, nog meer testen, dit omdat ik deze schakeling dus ook nog voor andere doeleinde gebruik behalve het testen van zeners en LED dioden.
Ja, dat blijf ik zeggen, dit is nodig omdat er door vele heel slecht gelezen wordt, en ik graag zo duidelijk mogelijk over kom! *grin*

Deze keer is de beurt aan de in deze schakeling gebruikte Referentie zener.
Hieraan heb ik voor een Oven-Zener project al eens een stuk of 50 getest om uit te zoeken welek het meest stabiel was.
Hier ging het dan om de TI 431AI in ieder geval ouder dan 5 jaar.
Deze komt hier ook nog even voorbij bij de testen.

Waar heb ik nu de meeste testen aan gedaan, dit betreft de bandbreedte en wat hier ook uit volgt, is het fase gedrag van de TL431.
Ik wil dus zo breedbandig mogelijk kunnen moduleren en heb ondertussen zeker 100x een TL431 van verschillende typen in mijn test setup geprikt.
Deze metingen zijn volledig onbelangrijk voor het testen van zeners of LED, dioden, jaja herhalingen...

Zal ik maar beginnen met met het eerste schema en de eerste diode.
Dit is het eerste schema, er zij geen bandbreedte beperkende maatregelen genomen, en zo kort mogelijk bedraad op het breadboard.
Ik injecteer dus een stroom op de uitgang van de schakeling,
dit is een 50% blok met een top-top waarde van 2,8V, dit resulteerd in 1,4mA_pp aan stroomvariatie door R1.
De TL431 moet deze variatie zo goed mogelijk weg regelen en de foto's laten zien hoe verschillende merken TL431 dit doen.
De grote trace geeft het "0"niveau aan.
De blauwe trace is de trigger puls.
Let ook op de grote verschillen van de staart, het uitslingeren van het signaal bij de diverse typen TL431.

Schema van de filtering van het disruptie signal, de 1K modulatie weerstand heb ik opgedeeld in twee stukjes.
Het is een simpel 6dB/Oct filter, en hou er rekening mee dat het dus niet een 499Ω en 820pF filter is.
R7 gaat naar een laag Ohmige bron en dat is de TL431, het is dus 250Ω en 820pF. wat resulteerd in een ongeveer 800KHZ filter.

De Fairchild FAN431L breedband meting.

De Fairchild FAN431L filter meting.

De TI431AI "oud" breedband meting.

De TI431AI "oud" filter meting.

De TI431BCLPC "nieuw" breedband meting.

De TI431BCLPR "nieuw" filter meting.

De ST 431AC breedband meting.

De ST 431AC filter meting.

De TSC431B breedband meting. (Taiwan Semiconductor)

De TSC431B filter meting. (Taiwan Semiconductor)

De ET431 breedband meting. (Geen idee welk merk)

De ET431 filter meting. (Geen idee welk merk)

De UTC431K breedband meting. (Geen idee welk merk) Whoot! deze heeft niet mijn voorkeur

De UTC431K filter meting. (Geen idee welk merk)

Als ik een conclusie mag trekken zonder dat men zegt dat ik zeur... dan is de Fairchild en de nieuwe TI die er het beste uitkomen wat deze metingen betreft.
Er zijn nog meer metingen gedaan, ondermeer aan de ruis van deze TL431 zeners, de beste zit niet bij de twee die ik hierboven aangaf, laters meer hierover.
Genoeg gemeten, nu wat ontspanning!

Groet,
Blackdog

Hi,

Een aantal abberaties van mijn metingen aan het AC gedrag van de TL431 zaten mij niet lekker...
Dus heb ik het breadboard waar ik mee meete ter zijde geschoven en een stukje printplaat gepakt
en mijn testsetup op een HF manier opgebouwd.
De loshangende gehavende 1K weerstand is voor de DC meting als ik dit nodig heb om te meten, bij AC metingen hangt deze dus los.
De eerste metingen waren bagger, oorzaak een rotte BNC aan de rechter zijde, dat is de gene die naar de scoop gaat.
De scoopuitgang wordt met 50Ω aangestuurd en de scoop zelf staat op de hoge impedantie.
Zoals ik al eerder heb uitgelegt gaat dat redelijk goed voor het aansturen van een kort stukje kabel tot zo'n 10MHZ.
Ik had vooral bij de eerste opset last van de overgangs weerstanden van het breadboard en wat rare resonantie verschijnselen die volgens mij niet uit de TL431 kon komen.
Ik laat niet alle metingen opnieuw zien, dit kost wat veel tijd, maar voldoende om te kunnen zien dat alle fabrikanten van dit IC er
verschillende meningen op na houden wat betreft de stabiliteit/fase ruimte en ook natuurlijk de bandbreedte.
Het stukje print met in het midden een stukje van een IC voetje, ik heb meer pennen gebruikt dan nodig, dit is voor de degelijkheid tijdens het omprikken en doet niets af aan het AC gedrag,
de extra pinnen zijn aan het koperoppervlak gesoldeerd.
Links op de BNC connector is nog net de Philips 50Ω afsluiter te zien voor het generator signaal (10KHZ blok 2,8V_tt)

Blauw is weer de triggerpuls en groen de "0" referentie.
De Fairchild FAN431L breedband meting.

De Fairchild FAN431L filter meting, deze is ook nu weer met de 820pF tussen de twee 499Ω weerstanden aangebracht.

De TI431AI "oud" breedband meting, let op de schaal! deze is nu 200mV/Div. i.p.v. 50mV.

De TI431AI "oud" filter meting, de schaal is hier 100mV/Div i.p.v. 50mV.

De TI431BCLPC "nieuw" breedband meting en de schaal is weer 50mV/Div.

De TI431BCLPR "nieuw" filter meting en de schaal is weer 50mV/Div.

Het is duidelijk te zien dat de Fairchild en de nieuwe TI TL431 de beste AC respons heeft, dit is niet alleen van belang voor mijn stroombron functie,
maar ook voor de gene die de TL431 wil gaan ontkoppelen, meer informatie hierover in de datasheet van de desbetreffende fabrikant.
Je kan niet zomaar een condensator over een TL431 IC plakken, er is een flinke marge waar bij bepaalde stroom en capaciteitswaarde de TL431 genereerd.
Geef dit aandacht in je schakeling, anders gaat je tl431 bij bepaalde waarde van temperatuur of stroom gaan genereren.

hieroner een lijste van wat ruismetingen aan de TL431 van verschillende fabriekanten die ik gedaan heb.
Ook nu is de stroom weer rond de 2mA en de bandbreedte 22Hz tot 22KHZ.

TI431BCLPR "nieuw" = 17,85uV
TI431AI "oud" = 15uV <= dit is het beste TL431 IC type wat ik heb, wat betreft de ruis.

Fairchild FAN431L = 18,8uV

ST 431AC = 19,3uV

UTC 431 = 22,6uV

ET TL431 = 89uV Het moet niet gekker worden, zo'n 5x slechter dan b.v. de Fairchild.

TSC 431B = 51uV

Dan nog iets betreffende de temperatuur gevoeligheid, hou er rekening mee dat dit maar bij een klein aantal IC's getest is.
De AC respons van de TI 431 heb ik met vele ic's getest en ook de DC maar, dat varieerde flink t.o.v. twee andere modellen dat ik m.b.t. DC bij de TI modellen gestopt ben dit te testen.

De ST 431 heeft de kleinste drift bij het inschakelen bij de 2mA en de 2,5V waarop het IC staat ingesteld, meestal binnen 20uV.
Ook de Fairchild heeft een kleine opwarmdrift en dit wordt voor mijn testkastje de TL431 die ik ga gebruiken, stabiel DC gedrag en samen met de moderne TI TL431 het beste AC gedrag.

Groet,
Blackdog