Nieuwe oven setup met betere controler

Hi,

Er is al een tijdje weinig van mij te horen geweest, de rede is mijn werk de afgelopen drie maanden.
Hierdoor was het wat lasting tijd vrij te maken voor het posten van meetgegevens van mijn projecten.

Er wordt door mij nog aardig wat getest, en ben ook langzamerhand meer met LTSpice bezig, dit omdat het een goede aanvulling op mijn echte metingen.
Via LTSpice heb ik nu mijn referentie filter getunend en ook de Referentie bufferversterker gaat steeds meer naar de uiteindelijke schakeling toe.
Wat dit inhoud vertel ik in een ander topic, want daar gaat dit topic niet over.

Bij wat testen met de chopperopamps kwam nog iets in mijn hoofd naar voren, wat ik nog steeds wou testen.
Dat is dus een van die hele mooie HF doosjes voorzien van speciale audio transistoren die een ingebouwde diode hebben voor een goede ruststroom eigenschappen in audio versterkers.
Dat betreft de NJL1302 van ON Semi, dit is de PNP transistor van het setje.

Dit was de eerste versie van het oventje in een oud leeg gemaakt HF doosje, dit is al eens te zien geweest in een ander topic en heeft een uA723 controler en een NTC als sensor en de verwarming zijn drie Power MOSFets.

.
Dit zijn dus vier Power Audio transistoren van ON Semi welke net als het kastje ik met fijn schuurpapier gladder/vlakker gemaakt heb.
Ze zijn nu allen veel vlakker geworden maar niet als een spiegel met korrel 5000 afgewerkt, dit omdat ik dit niet nodig vond.
Ik had mazzel dat vier gaten richting de hoeken precies goed uitkwamen voor deze transistoren, dat is zo goed te zien op de volgende plaatjes.
Ook voor ovens werk ik graag met grote transistoren niet omdat ik zoveel te dissiperen heb, maar voor het grote oppervlak en de lage thermische weerstand van deze grote transistor behuizingen.

.
De omhoog gebogen transistor draden zijn de ingebouwde diode, die ook bij mij dienen als temperatuur sensor.

.
Dit doet altijd een beetje pijn als ik de draden afknip...

.
Hier zijn de transistoren gemonteerd maar nog niet helemaal recht gezet.
De pasta is van het silver type.

.
Hier is te zien dat ik drie van deze mooie kastjes heb, linksboven is de eerste versie en deze is uitgerust met een uA723 temperatuur controler.
Rechtboven is nog een leeg doosje en rechtonder ligt het oventje dat nu getest wordt met vier van de reeds besproken audio transistoren.
Links op het breadbord is de eerste versie van de controler, deze is het meest compact wat opbouw betreft omdat bijna alles in één IC zit en
werkt met een LM10 IC dat dus een ingebouwde referentie heeft en een opamp.

Deze controler heb ik gebruikt om te testen of deze setup eigenlijk wel zinvol is en dat was hij.
Voor de eerste keer kwam ik met een enkele oven boven de 200x gain uit!
De metingen gaven ook aan dat de controler zo op een breadbord nu niet direct een goede keuze is voor stabiliteit.
Er zijn veel te veel thermokoppels in het spel en de referentie in de LM10 is aardig, maar wat mij betreft niet mooi genoeg.

.
Dit is de electronica die de oven op temperatuur hield met het LM10 IC.
Helemaal links is de referentie te zien die ik omhoog schaal naar ongeveer 2,7V met R1 en R2.
Deze 2,7V voed dan de meetbrug waarvan het sensor deel bestaat uit de vier in serie geschakelde sens dioden die in de NJL1302 Powertransistoren zitten.
R4 en R5 bepalen dan de temperatuur waar de oven op gaat werken.
De schakling is ook zonder de condensator C2 van 10uF stabiel en ik bedoel dan geen HF generatie verschijnselen.
De 10uF is wel nodig om het regelen van de opamp veel gelijkmatiger te maken.
De regelelectronica is natuurlijk veel sneller dan de vrij grote thermische massa van de oven.
Dit moet goed met elkaar in overeenstemming worden gebracht, de mix van R7 van 2M2 R8 van 10K en C2 van 10uF was een aardige mix.

De zener D1 van 4,7V is een level shifter, hierdoor komt de uitgang wat meer in het midden van de voedingspanning te liggen.
R9 zorgt er voor dat in nog niet opgewarmde toestand er niet te veel stoom uit de opamp getrokken wordt door de stroombegrensings transistor Q6.
Q6 sampled de stroom over een van de emittor weerstanden van de powertransistoren.
Door de relatief hoge waarden van de emittor weerstanden en de basis weerstanden samen met een kleine selectie dan de hFE is de stroom door de vier transistoren binnen paar procent gelijk.

.
Dit is een beetje ingezoomd op het printje tussen de powertransistoren, de dunne witte draadjes dienen voor het doorverbinden van de vier dioden.
Uiteindelijk komen deze dan uit op het groen/blauwe paartje.
De drie draden zwart/rood/geel zijn de massa, +15V en de uitgang van de opamp van het regelprintje.

.
De LM10 Controler.

.
Stukje China print gezaagt om de nieuwe versie van de controler op te bouwen, vast gezet met een nylon schroefje.

.
Deze keer eerst de onderzijde van de nieuwe controler versie, nog niet geboend, dus er zijn nog wat soldeer druppeltjes te zien.

.
Nog geen silicium in de voetjes gedrukt, zodat jullie hier kunnen zien dat ik ook de ruimte in de voetjes hebruik.
Links boven de 2M2 weerstand die samenwerkt met de rode WIMA 10uF condensator.
De groene aansluiting met de zwarte er vlak naast zijn voor de sens dioden.
Rood aan de linker zijde en een van de zwarte aan de rechter zijde voor de 15V voeding, helemaal rechts bovenaaan zit de gele aansluiting van de uitgang.
Dat is de kathode van de zener van 4,7V.

Nu is de schakeling uitgevoerd met een "echte" referentie, hier is dat de LT1027 ook al staat er een LT1021 op het schema.
Had die referentie bijdehand tijdens het testen en is ook eeen goede, in dit schema staat de chopper versterker van TI de OPA189 vermeld,
die zit er ook niet in, het is een andere chopper, omdat ik die ook op mijn werkbank had liggen en het is een chopper van Maxim.

.
Dit is een van de metingen van de stroom door de transistoren, mooi gedempt, dit houd meestal in dat het thermisch vaak wat langer duurd voor de eindtemperatuur bereikt is.
Deze stroomgrafiek is niet de temperatuur garfiek van de oven!
Hij is zeker zeer waardevol, er is duidelijk te zien dat de stroom door de oven niet klapper, dan is het zeker niet goed (bang, bang!)

.
Nu twee metingen die bij elkaar horen, eerst de temperatuur gemeten over een periode van bijna 64 uur

.
En dit is de stroom door de powertransistoren, als je een van de plaatjes zou inverteren passen de grafieken mooi over elkaar!

.
Grote Alu buis voor het testen van de isolatie.

.
Twee lagen van "Aerocel" isolatie dekentjes.

.
De oven ingepakt in Kapton tape om niet alles onder het stof van de Aerocel dekentjes te laten komen.

.
De tweede test controler, linksboven de Maxim chopper opamp en rechtsonder de LT1027 5V referentie.

.
Dit is tijdens een van de vele modificaties om de eigenschappen beter te maken.
De 2M2 is nu vervangen door een OHMITE 50Meg weerstand voor meer gain.
De 10uF condensator in nu 1uF geworden en de serie weerstand van deze condensator is van 10 naar 1K gegaan.

Ik had met de Audio Analyzer wat metingen gedaan aan nog vier van deze transistoren met de vier dioden in serie en een DMM gebruikt als 1mA stroombron om de ruis oce de diodes te meten.
Dat was naturulijk afhankelijk van de stroom die je door de diodes stuurd maar de 1mA van de DMM die ik gebruikte kwam het meest in de buurt van de reeele sitiutie.
De ruis in een 22KHz bandbreedte was een kleine 10uV, door een 1uF Cer condensator over de diode aansluiting te plaatsen, ging de ruis naar een kleine 4uV toe binnen deze bandbreedte.
Ik had ook de Ri van de vier diodes in serie gemeten bij de 1mA door deze dioden en dat was totaal rond de 120-Ohm.
Dan hebben we ook nog het rode kader, daar zit mijn meet NTC gemonteerd met wat silver thermische pasta vastgezet met Kapton tape.

.
De aangepaste controler weer gemonteerd in het oventje.

.
Dit is weer de stroom door de oven als hij bijna op temperatuur is, en dan heb ik het over het slingertje aan de onderzijde, van dat slingertje is niets te zien in de oven temperatuur.

.
Dit ziet er wat raar uit, maar dat laat de "retrace" van de ovenregeling zien, het middenstuk is wanneer de oven uitstaat en ik de componenten op het printje aanpas.
De oven komt netjes weer rond de nullijn uit.

.
En dan ben ik nu bijna aan het eind van deze post, het laatste schema komt zo, maar eerst even dit,
door al het aanpassen en tunen kan ik nu steeds dieper "kijken" wat betreft de temperatuur afwijkingen.

Dit is ruim drie uur meten met verwarming uit, verwarming aan en raam een stukje open.
De lijn is niet helemaal strak maar geeft wel aan dat ik ruim boven de 1000x aan gain zit en dat is heel goed.
Dus 1°C verhoging in omgevings temeratuur geeft minder dan 0,001°C verhoging in de oven.

.
Kijk ook naar het eerste uur van de meting toen de temperatuur stabiel was, de ruis is extreem laag.
De aanwezig ruis is die van het meetinstrument en van de ovencontroler, +-50µC.
Als ik dubbel isolatie toepas, dan wordt de ruis zoals in het eerste uur zichtbaar nog lager, maar eerst nog wat kleine aanpssing doen aan de electronica.

.
Nu het laatste schema, de voeding is voor de controler en de powertransitoren beide +15V.
Nu zitten deze voedingen nog aan elkaar gemonteerd maar ik denk als ik deze apart voed, dat de beinvloeding kleiner wordt en de gein nog hoger kan worden.
Er liggen hier nu een aantal mooi componenten klaar voor de definitieve controler waaronder 0,1% 15PPM weerstanden, een OPA189 chopper opamp en een LT1021 voor en nog iets lagere ruis.

Dit is de laatste versie van het schema.

.
Dat deze techniek met de ingebouwde dioden zo mooi werkt komt ook door het kastje dat ik hiervoor gebuik, de bodem is 7,5mm dik en de wanden zij 4,5mm dik.
Een dun Bimboxje zal hier niet goed voldoen, ten eerste doordat het geen mooi aluminium is en ook niet van die mooide dikke wanden heeft.

Dit is voor mij een leerproject om oventjes zo mooi mogelijk te maken, er zal uiteindelij wel een spannng referentie in deze oventjes komen of een meetversterker.
Hebben deze schakelingen zo'n mooi oven nodig? bijna nooit, dit omdat er allerlij andere variabel zijn die een veel grotere rol spelen bij spannings referenties dan de temperatuur.

Waar mijn meetvloer gaat komen waat ik nog niet, maar hoe beter de ovencontroler, isolatie enz, enz, dan komen de drift van de DMM in beeld, veranderinge in de atmospheer zoals de luchtdruk en lucht vochtigheid.
Jim Williams zij dat als je richting uC gaat, je echt aan alles moet denken om het stabiel te houden zoals b.v. een luchtdichte oven.

Zoals altijd, shoot at it!

Groet,
Bram