Hi!
Ik heb behoefte aan nog een symetrische regelbare voeding en dan speciaal voor het voeden van opamps tijdens het testen van mijn ontwerpen.
Daar heb ik natuurlijk wel wat eisen voor.
Eisen
Uitgangs panningen symetrisch tussen via een dual potmeter of een schakelaar 2,5V en 22V.
Brom en ruis niveau laag genoeg, < 50µV bij lage of volle belasting ongeacht de uitgangsspanning.
Het stroombereik mag via een potmeter of in en aantal stappen met een schakelaar instelbaar zijn tussen 10mA en 200mA.
Een zo klein mogelijke uitgangs condensator, de LM317 kan met kleine waarden aan de uitgang werken de datasheet geeft 1µF aan en ik ga het op 10µF houden.
Wat is wat minder van belang
De Ri van de voeding, bij de LM317/LM337 Series regelaars is dit vaak rond de 60mΩ en daar kan ik mee leven voor mijn toepassing, een goede voeding is trouwens <1mΩ
De gevoeligheid voor netspannings variaties, deze is voor de LM317/LM337 ook niet Super, maar lees vooral verder.
De nauwkeurigheid van de uitgangs spanning/gelijkloop, die is met een potmeter zonder meer niet goed, ik heb vele potmeters hier getest hierop.
Uitgangs spanning stabiliteit, niet echt belangrijk maar lees ook wat dit betreft verder.
Wat zijn de keuzes die ik heb gemaakt tot op het ogenblik van het schrijven van dit stukje.
Zoals meestal neem ik jullie mee op de reis naar het eindproduct, dus er zullen meerdere schemas volgen een aanpassingen van mijn afwegingen.
De eerste stap die ik had genomen na een aantal potmeters te hebben gemeten is het gebruik gaan maken van een dual deks stappen schakelaar.
Daar zitten zoals Kruimel deze week aan al aangaf nogal wat bezwaren aan, maar vergeet niet dat die bezwaren ook voor potmeters bestaan,
de meeste potmeters vinden een aantal mA door de loper niet echt gezellig dat vergroot niet de betrouwbaarheid.
Bij schakelaars zal je wel een model moeten kiezen die maak voro breek is en wat ook zeer belangrijk is, dat is de arretrering(vergrendeling).
Dat houd in dat als je van stand veranderd hij altijd goed in d volgende stand springt.
Schakelaars die je tussen de standen in kan zetten deugen eigenlijk niet, vooral niet voor deze toepassing.
Ik heb hier een aantal nieuwe schakelaars uit de dump van Grayhill, 10 standen en geen maak voor breek contacten.
Door de zeer goede arretrering was hij bijna breikbaar voor dit voedings project, ik heb uitgebreid testen gedaan met een testopset.
Hiervoro nam ik drie weerstanden zodat ik van 3,3V naar 20V en de volgende stap was 5V, met de scoop op "Single Shot" keek ik dan bij vollasst of zonder belasting naar de overgang van de stappen.
Er was af een toe een piekje zichtbaar dat het contact wat langer zweefde dan gewenst, dus toen ben ik verder gaan zoeken voor een geschikte schakelaar.
Deze moest dan wel een maak voor breek contacten hebben en ik kwam uit bij een model van ELMA, dubbel deks en 11 standen.
Ik had ook nog een aantal schakelaar liggen die naar wat poetswerk ook geschikt zouden zijn met nog meer standen maar deze waren te breed wat diameter betreft.
Dus de ELMA is het geworden, 11 standen van 2,5V tot 22V, ik had 10 standen al uitgerekend en ik kan er dus nog één stadn bij maken en ik denk voorlopig
aan een 4,2V stand of een 11V stand die nog niet aanwezig is, het lijstje met waarden komt straks.
Dus het springen van de uitgangs spanning tijdens het schakelen naar een andere uitgangsspanning heb ik onder controle gekregen.
Dan de brom en ruis, deze wou ik echt beneden de 50µV hebben en vooral de brom moet zo laag mogelijk worden, liefst geen brom.
Dan komt je in ieder geval terrecht bij de basis schakeling die in iedere datasheet staat vermeld van de LM317/LM337.
En dat is een condensator over de instelweerstand, meestal met ee naangegeven waarde van 10µF, en ik heb nog en paar mooie 15µF Prof. tantaal liggen en die komen er dan ook in.
Zal ik nu het eerste deel schema laten zien?
.
Ik heb niet de 11 standen voor de uitgangs spanningen in het schema gezet, alleen stand 1, 2 en stand-11, anders wordt het schema te onoverzichtelijk.
En het gaat in het eerste schema dan om S1-a en S1-b.
Deze keer ga ik lekker eigenwijs van rechts naar links wat betreft het uitleggen van het schema.
Over de uitgangs klemmen komt dus een 10µF Tantaal te staan en een 1N4007 Diode ter bescherming van de uitgang, ook de diode D1 boven in het schema is ter beveiliging.
Helemaal zoals dit ook staat in de datasheet voorbeeld schama's.
Dan krijgen we C5 in het schema van 0,47µF die vlak bij de LM317/LM337 gemonteerd wordt.
Da nkrijgen de de componenten tussen de uitgang van de LM317/LM337 en de Adjusment aansluiting.
Als eerste weer D3 de 1N4007 die de regelaar beschermd tegen C3 bij in of uitschakelen en/of kortsluiten van de uitgang, weer niets speciaals staat in de datasheet.
Dan krijgen we de weerstand tussen de uitgang en de adjusment aansluiting, deze word meestal gespecificeert tussen 120Ω en 270Ω.
De lage waarde van 120Ω zorgt er voor dat de regelaar zonder belasting voldoende stroom blijft leveren om de interne electronica goed blijft werken.
De 120Ω waarde laat wel 10,5mA door je instel weerstanden lopen!, dat zorgt er ook voor dat b.v. e npotmeter dit niet lekker vind en/of overgangs weerstanden meet mee gaan spelen.
Ik heb de waarde gekozen van rond de 280Ω wat neerkomt op ongeveer 4,5mA door deze weerstand.
Door de lagere waarde van rond de 280Ω kon ik ook wat gunstiger waarde nemen voro de spannings stappen die ik wou hebben.
De weerstand R12 in het schema welke als 332Ω staat vermeld is op mijn testprintje 274Ω met een 10Ω 25 slagen trimpot.
Zoals het hier nu in het schema staat getekend is technisch netter, maar kost een onderdeel extra R13 van 1K21, deze weerstadn zorgt er voor,
dat er ongeveer het zelfde regelbereik is als met een enkele 10Ω trimpot die in serie staat.
Waat ik vanuit ben gegaan betreffende de weerstanden die de uitgangspaning bepalen aan de schakelaar S1 is 280Ω voor R12.
Er zijn meerdere variabelen die de uitgangsspanning bepalen, dat is de nauwkeurigheid van je gekozen LM317/LM337 IC, ik kies voor de "A" versie, welke ik in ieder geval voor de LM317A van TI kan kopen.
De "A" versie van het TI model heeft de meest nauwkeurige referentie spanning van 1,25V en heeft ook een betere bromonderdrukking.
Ik had een aantal LM317A van TI gekocht en toen gekeken welke 1,25V als referentie spanning heeft en ben daarmee gaan testen en meten.
Op mijn telefoon heb ik een electronica calculator die ook de bias stroom in de LM317 meeneemt voor het berekenen van de uitgangs spanning.
De trimpot heb ik zo afgeregeld dat hij totaal rond de 280Ω zit.
Daarna gaan berekenen en de waarde gekocht die vlak bij de berekende waarde zit, met de 1% stapjes van de E96 reeks is het dan geen probleem de uitgangs spanning binnen 1% te krijgen.
De 20V stand heeft een instelweerstand van 4K13 nodig en als je dan de trimpot P1 gebruikt om de uitgang op 20V te trimmen,
dan zijn alle andere stappen ook binnen 1%, dit natuurlijk als je het goed berekend en goede weerstanden koopt.
Dan hebben we nog D4 een zener van 22V, dat is een beetje een "Fail Save" als er toch iets mis gaat met b.v. met de schalelaar, bij een 22V zener komt de spannig op de uitgang niet boven de 23V.
En ja, dat is dan alnog "Rook Tijd" als je opamp maar max 6V voeding is. maar de zener helpt wel bij de opamps die zijn ontworpen voor +-15V welke vaak 20 of 22V voeding kunnen hebben.
Wat wat voor doel heeft de extra electronica die links van de LM317 is getekend?
Nu springen we naar de linker zijde, daar staan de aansluitingen voor de 24V trafo wikkeling, dan komt de brugcel en de buffer elco's.
Ik heb een oude truc gebruikt door twee elco's te nemen voor de filtering, de tweede elco van 1000µF is via een 4,7Ω weerstadn aangesloten.
Ja dat dempt de 50 en 100Hz vrijwel het zelfde als één elkele 2200µF elco, alleen heeft deze manier een veel betere filtering voro de hogere frequenties die uit het net komen.
Dit gaf nog niet voldoende onderdukking van brom op de uitgang, het was niet slecht maar ik vond het niet goed genoeg.
Verder had ik mijn best gedaan voor het uitrekenen van de weerstanden die de uitgansspanning bepalen, maar een andere eigenschap van de LM317/LM337 is de niet zo goede onderdrukking van de variatie van de ingangsspanning.
Dus... wat gaat Bram daar dan aan doen!
Vrij snel na wat gefrut met dikkere elco's; die alleen de brom minder maakte kwam ik uit bij een "voor regelaar" aangestuurd door de uitgang van de hoofd regelaar.
Zo'n 60 jaar geleden al gedaan door HP/Harrison, nadelen, jazeker maar door het kleine vermogen van deze voeding is dit niet zo van belang en dat nadeel is de hogeren "Drop out" spanning met zijn extra verliezen.
Mijn LM317 heeft bij 220mA waar ik steeds bij meer iets van 1,9V drop out spanning, dat meet ik dus bij die belasting met mijn Audio Precision meetset op de uitgang.
Op de Analyser uitgang zie je direct de brom verschijnen in de ruisband als de regeling wel nog voldoende ingangs spanning heeft.
Bij 3,8V over de schakeling is de uitgang geheel vrij van brom, deze hhefd dan rond de 28µV RMS ruis bij 20Hz tot 22kHz bandbreedte en het maakt niet uit welke uitgangspaning er gekozen wordt of welke stroom er wordt verbruikt.
De LM336 2,5V zener zorgt er voor dat de basis van de Sziklai Darlington 2,5V hoger in niveau zit dan de uitgang van de LM317A.
Dit type Darlington is gekozen i.v.m. zijn lage Vce bij verzadiging, de transistoren zijn deze keer niet voor de snelheid gekozen, dat is in deze toepassing eigenlijk onbelangrijk.
Voor de +uitgang zit er een 2SA1943 in welke dus een mooie lage verzadigings spanning heeft omdat het een dikke transistor is.
Eigenlijk is de schakeling een stevige Emittor volger die een harde 2,5V referentie aan zijn basis heeft, als de uitgang schoon is van de LM317A, dan is de basis van de BD139 schoon en ziet de ingang van de LM317A een mooie stabiele inganspanning!
R3 van 150Ω maakt de lage Ri van de Zener niet veel slechter ondat er maar weinig stroom de basis van de BD139 in gaat, dit is bij 220mA aan de uitgang van de LM317A minder dan 35µA.
Om er nu toch voor te zorgen dat de stroom nodig voor de basis van de BD139 en de Zener LM336-2,5V heb ik gekozen voor een IC stroombron welke de LM334 is geworden.
Deze staat door R1 van 39Ω ingesteld op ongeveer 1,6mA, de stroombron heeft bij 50 en 100Hz rimpel ie op de buffer elco C9 staat een hele hoge impedantie en samen met de lage Ri van de LM336 Zener en de lage uitgangs impedantie van de LM317A geeft dit een zeer hoge demping van brom en stoor signalen voor de basis van de BD139.
En ja, bijna 4V is wel veel voor de dropout spanning, maar het levert nog meer voordelen op om deze voor regelaar te gebruiken.
De LM317/LM337 ziet altijd de zelfde in/uitgangs spanning, welke uitgangsspanning je ook kiest met S1 en ook de variatie van de Netspanning doet niets meer aan de uitgang van de LM317/LM337, deze is zeer stabiel geworden.
En het volgende voordeel is dit, bij lage uitgangsspanningen hoeft de LM317/LM337 maar weinig te dissiperen, want dat doet de 2SA1943 voor het positieve deel van de voeding.
De LM317/LM337 regelaars zullen dus weinig te dissiperen hebben en zal daardoor ook wat uitgangsspanning betreft stabieler zijn door de kleinere temperaturu verschillen.
Misschien denken sommige van jullie, waarom al die moeite met LM317/LM337 regelaars, nou omdat ik het leuk vind oude electronica een stuk beter te laten werken dan de standaard schakeling.
Er ontbreken nog meer onderdelen aan deze schakeling, zoals een Enable schakelaar, als ik de basis-emittor kortsluit van de BD139 dan wordt de LM317 spanningsloos, dat is een van de manieren die mogelijk is.
Voor nu is dit even voldoende, de volgende stap is de stroombegrenser wel ook zo ongeveer wordt zoals in de datasheets te vinden is, en ook te zien is in de oude CO voeding met de LM317 er in.
Voor nu, SHOOT!
Bram