Самодельный термокомпенсированный параметрический стабилизатор: Доказываем обратное.
HTML-код
- Опубликовано: 23 апр 2024
- Те кто хоть раз пытался бороться с дрейфами напряжений при изменении температуры тот в полной мере оценит а возможно и вынесет для себя что то новое.
Прекрасный пример как подгонять експеримент под желаемый результат.
Ничего не скрывал, всё на видео, если вы приняли неравномерность нагрева слоёв воды за какой то подгон то все вопросы к кипятильнику.
@@Ivan152ru Правильно он написал. Кроме температуры надо ещё и при изменении напряжения проверить. Тогда можно сравнивать. Да и смысл этого изобретения если ТЛ в 3 раза точнее? Для улучшения можно транзисторные сборки использовать.
Хорошая разработка. Отлично, что автор ничего не скрывал.
А что тут что то можно скрыть?
@@Ivan152ru ну, видимо, вы не сталкивались, но много блогеров, при тестировании, подтасовывают результаты под хотелки, тем самым вводя зрителя в заблуждение. А у вас ваша разработка, как я понимаю, пущена в тестирование сразу после сборки. Предполагаю, что у разработчика TL431 тоже не с первого раза получилась такая температурная стабильность, возможно, там перед пуском в массовое производство пришлось протестировать с разными номиналами. Возможно, если бы вы могли подольше повозиться с настройкой у вас могла получиться стабильность выше, чем у TL431.
Вот, что я имел ввиду.
@@maximummaximum3992 Хотелось бы поточнее подстроить резисторы. Я подстроил +-10 ом, если была бы возможность подстроить +-0.1 Ома то было бы намного лучше. В симуляторе при подстройки +-0.1 Ома получалась термостабильность 1ppm/c. Но это опять же при идеальных условиях. И ещё надо было к TL431 припаять резисторы что бы тоже около 4 в получалось и потом сунуть в воду. Там погрешность резисторы бы ещё дали
Можно попробовать включить несколько 431 последовательно , например настроенных на 20в , 10в , 5в при входном напряжении 20в получаем сабильные 5в . Если этого недостаточно тогда эту схему в термокамеру со стабилизацией на элементе пелтье или просто работа на повышенной температуре выше окружающей среды (как в приёмнике Р-250 термостабилизация гетеродина ) .
Р1, Р2 лишние, достаточно подобрать Р3. Можно подобрать и Р4 но это уже в зависимости что желаем получить. Т7 достаточен если подобрать транзистор с коэф усиления 700-900. Т8, Т9 можно убрать. да такие решения можно запихивать в корпус.
Красаучиг 👍
Вопрос термокомпенсации конечно очень важен при построении точных измерительных систем, однако температуру можно удерживать при помощи термокожуха и подогрева.
Другой более важный вопрос - это стабильность во времени. Увы, я не силён в построении подобных ИОНов, однако на практике (по крайней мере при создании метрологического оборудования) временная стабильность, по крайней мере, не менее значимый параметр, чем ТКН.
4:39 - U=4,16 В (а не 4,316 В),
по всей видимости у вашей схемы сильная температурная нелинейность,
постепенный разогрев через эпоксидку показал локальный минимум 4,16 В при температуре от 24 до 95 С.
Такие измерения надо на двухлучевом осциллографе проводить один луч - температура (с термопары), другой - напряжение, и в длительном режиме с многократным чередованием нагрев-охлаждение, а термопару прямо на плате разместить под эпоксидкой, что бы мерить температуру полупроводников, а не воды.
У эпоксидки плохая теплопроводность и для её прогрева насквозь надо несколько минут (хотя бы минут 10), если мерить температуру воды, то температура полупроводников может значительно отличаться (запаздывать).
Слишком быстро грелось, эпоксидка пока не нагрелась, транзисторы находились под разными температурами потому и напряжение так прыгало. Транзисторы ведь не на одном кристалле находятся, ещё где то холоднее в банке было где то горячее по высоте, это тоже вносило погрешность. Пока вода полностью в банке не прогрелась равномерно, возникают такие изменения.
@@Ivan152ru это так, но ведь они и в реальном устройстве на дискретных компонентах будут греться по разному, даже если их смонтировать плотно на медной плите. Более или менее обеспечить одновременность разогрева может только исполнение на одном кристалле в виде микросхемы, но и там проявляется эффект локальной температурной неоднородности (хоть и в меньшей степени). Термостабилизация на дискретных компонентах должна обеспечивать стабилизацию параметров даже при неравномерном прогреве различных участков схемы.
@@user-jr5uk8tt5bИнтересная точка зрения. Мне бы очень хотелось понять как это возможно? Видимо у вас есть такой опыт по термо стабилизации, и вы готовы принять мой вызов?
@@Ivan152ru вызов делает окружающий нас мир и его законы, а люди лишь пытаются их понять и научиться использовать. Мой комментарий, предлагаю рассматривать не как вызов или тем более обиду, а лишь как мою точку зрения на некорректность измерений. Если в ходе измерений зафиксирован уровень напряжения 4,16 как минимальное значение при изменении температуры от 24 до 95 то его и надо записывать, но и этого будет недостаточно для всестороннего анализа. Ведь на практике схема будет разогреваться тоже неравномерно, что особенно будет заметно при импульсных нагрузках, да ещё и неизвестно с какой стороны и в каком порядке будут нагреваться дискретные компоненты. Кроме того, если уж проводить эксперимент полностью моделируя реальные условия, то разогревать надо двумя способами:
1. в результате собственного разогрева (внутренний разогрев) при различных нагрузках в различных режимах (импульсы с различной частотой и скважностью);
2. внешний разогрев различных частей платы (по очереди), что возможно при размещении данной платы в виде модуля в конструкции так что её части (различные в зависимости от конструкции) будут разогреваться по разному в зависимости от близости других элементов конструкции (которые могут разогреваться и передавать своё тепло на вашу плату).
3. (дополнительный) моделирование, например, MicroCap позволяет моделировать температурный дрейф в полупроводниках, только надо выбрать корректные SPICE-модели для компонентов, в том числе и для резисторов, дорожек и припоя их сопротивление тоже зависит от температуры и сопротивление бимиталлов в точках припоя олово-медь.
По поводу вашего вопроса, у меня именно таких разработок нет, термостабилизация в стабилизаторах напряжения не единственная задача схемотехники, у меня хватает своих задач. Но если Вы выложили информацию в открытый доступ, то будьте готовы к вопросам и замечаниям. Впрочем ваше право их игнорировать. На мой взгляд в вашей схеме самый термо-нестабильный элемент VT9, попробуйте поставить в цепь эмиттера резистор хоть с малым сопротивлением порядка единиц ом, а то обратная связь в вашей схеме размазана по большой площади, а с сопротивлением в цепи эмиттера будет две обратных связи (локальная и глобальная в пространстве), токовые зеркала по каскодной схеме интересное решение, попробуйте сделать на сдвоенных транзисторах или большей интеграции (если интегральные транзисторы Вам не запрещает использовать религия), сразу решите несколько задачи: согласование по параметрам, термическая связь и повышение компактности при сохранении дискретного принципа. Лучше все транзисторы использовать из интегральных сборок, возможно кроме выходного, зависит от необходимого тока. На выход можно поставить готовую сборку Дарлингтона. И ещё проверьте зависимость сопротивления от температуры у используемых резисторов, они тоже могут работать как градусники.
Впрочем ещё лучше взять готовое решение, но если это учебные цели то результат вполне неплохой, на мой взгляд, только исследован недостаточно и не совсем корректно, о чем уже выше сказано, но это моё мнение и у меня есть право ошибаться.
В современных условиях интегральные схемы достигли предела термостабилизации доступного для полупроводников на основе кремния, повышение термостабилизации и снижение шума достигается за счёт крио-охлаждения схем. Поэтому предлагаемое Вами решение безусловно интересно и полезно как учебный материал, но не сможет конкурировать с интегральными схемами выполненными на общем кристалле.
В любом случае воспринимайте мой комментарий как проявление интереса к вашим наработкам и исследованиям. За что Вам Спасибо и Успехов!
@@user-jr5uk8tt5b Спасибо за развёрнутый коментарий, эта на первый взгляд простая схема результат полугодовой работы. Было промоделирово наверное сотня схем, и эта оказалась самая работоспособная. Да, использовать её никто в таком виде не будет, да я и не настаиваю, но как основа для других проектов или как отдельные части схемы для решения других задач вполне пригодится. Насчёт нагрева, даже небольшой градиент температуры на подлодке даёт дикие изменения. Потому так и произошло, не равномерность нагрева в слоях воды. А вы случайно не профессор?
Если сделать таких не менее 3х штук, то можно методом наименьших квадратов выбрать наиболее стабильный.
Спасибо, podpiska!
Ой спасибо, рад что пригодилось.
Токовое зеркало доступно для понимания только утонченному слою интеллектуальных меньшинств
Справедливости ради и основываясь на статистике ютуба меня смотрят люди большинство 55+. И думаю это уже опытные люди и про токовое зеркало в курсе. Потому про токовые зеркала никто не разу не спросил.
ХОРОШАЯ БОЛЬШАЯ РАЗРАБОТКА
А как насчёт "магической" термостабильной точки на полевом транзисторе КП303?
Оставим ее колдунам, пусть пользуются.
@@Ivan152ru Из книги "на дисплее приёмника весь мир" А.Л. Кульский г. Киев в приёмнике с двойным преобразованием вверх есть высокостабильный блок питания для варикапов гетеродина. Так там как раз описывается схема ГСТ на полевике и подбор сопротивления в цепи истока для "магической" термостабильной точки.
Ну хз, не хочется велосипед изобретать, бандгап Брокау все равно не переплюнуть )
И как это делать на одном кристалле в серийном производстве? Топологию в студию...
Эх, была бы у меня топология и кристал я бы тут ничего не выкладывал!!! 😂
Всего-то девять транзисторов, для серийного производства это вообще на раз-два, даже не понадобится 12 нм литография.
Надеюсь вода была дистиллированная...
Дождевая
Но ведь стабилитрон нужно компенсировать стабистором, тогда у него температурная характеристика будет более ровной.
Ну так то да, но он ведь придуман как параллельный стабилизатор, и используют его так же по назначению, очень редко кто компенсирует, а некоторые и не знают что так можно. Потому взял как есть.
@@Ivan152ruНу, да, так бывает: токовые зеркала, эмиттерные повторители, комплиментарные пары транзисторов (иногда их ставят по несколько в параллель, чтоб усреднить характеристики в прецизионных схемах), а про стабистор - забыл...
Стабистор включается последовательно со стабилитроном и они друг - друга компенсируют, при изменении температуры у стабистора отклонение растет в противоположную сторону от отклонений стабилитрона. Кажется были даже комплиментарные пары стабистор-стабилитрон, хотя не уверен.
@@andredorОстаточный дрейф остаётся. Пробовал операционниками пропорционально его выровнять. Всё равно готовый лучше получается.
@@redtex Ну, дык, понятно, что стабистор не полностью компенсирует температурный дрейф стабилитрона, про это никто и не спорит. Но дрейф будет ощутимо меньше.
DLB!!!
Попробуй собрать бандгап Видлара на трёх транзисторах в больщой бетой (больше 500, например BC847C) и сравни.
Конечно я с него и начал, только встретил два препятствия. Первое, он даже в симуляторе отказывается работать, второе это схема была бы не моя, и гордится как разработчику мне было бы нечем. Да и кроме Видлара там всего пару авторов есть, и те забугорные и 70х годов, кто придумал свои опорники.
@@Ivan152ru У меня работает и в симуляторе и в железе. Трёхтранзисторная версия по схеме ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B3%D0%B0%D0%BF#/media/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Widlar_1969_bandgap_simple_800x500px.PNG
Номиналы деталей: R1 и R2 - 2K, R3 - 20К, резисторы 0.1% точности. Все три транзистора BC847C. Выдаёт напряжение 1.225в.
Симулятор в котором работаю - LTspice
@@Ivan152ru Мой прошлый ответ куда-то исчез. Повторю, но только без ссылки.
У меня работает и в симуляторе и в железе. Трёхтранзисторная версия по схеме из википедии. Номиналы деталей: R1 и R2 - 2K, R3 - 20К, резисторы 0.1% точности. Все три транзистора BC847C. Выдаёт напряжение 1.225в.
Симулятор в котором работаю - LTspice
У меня работает и в симуляторе и в железе. Трёхтранзисторная версия по схеме ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B3%D0%B0%D0%BF#/media/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Widlar_1969_bandgap_simple_800x500px.PNG
Номиналы деталей: R1 и R2 - 2K, R3 - 20К, резисторы 0.1% точности. Все три транзистора BC847C. Выдаёт напряжение 1.225в.
Симулятор в котором работаю - LTspice
@@johnlemon1577 Спасибо дорогой, попробую.
Всё это свидетельствует о массе свободного времени у автора.
У меня вопрос, что такого измеряет автор, что ему необходима такая точность и почему он игнорирует пусть не самые лучшие готовые ИОН, которые по температурной стабильности гораздо лучше его разработки?
Проведённая работа ради самой работы? Ну такое себе.
Отвечу. Если вы откроете любую книгу по схемотехнике то там окажется куча схем, решений и много отдельных узлов из которых потом строятся более сложные схемы. В них же есть какой то смысл? Мне просто интересно придумать что то новое причём на транзисторах. Я не в коем случае не призываю повторять, используйте как подсказку в своём творчестве. Кто то увидит решение которое как раз не хватает. Я не брезгую микросхемами, просто я не вижу в них красоты. А времени к сожалению совсем немного. Конечно я поставлю ТЛку, просто был вызов который я принял, и в итоге я сумел достичь цели, хотя меня уверяли что это невозможно на дискретных элементах. Ну и в таких процессах мозг развивается, а если не думать то он махом отрафируется, потом захочешь что то придумать а он на отрез отказывается. Вот такая история. Но если вы зашли то вам интересно, а значит я не зря выкладывал, или таких источников как мой очень много?
@@Ivan152ru Вы не поверите, но когдато очень давно подобные схемы собирали как вы, на дискрете. И пришли к выводу, к стате логичному, что проще это упаковать на один кристалл и получить более высокие параметры при той же схемотехнике.
Я просто не вижу смысла в вашей работе. По этому я и предположил, что у Вас очень много времени, свободного.
Извините, если это не так.
Я давно могу термокомпенсировать с любой точностью обычный стабилитрон.
геррой
@@user-ey1dj2zo9c Именно)))
Зачем это всё, 431 стабилитрон лучше, потому что все активные на одном кристалле и имеют равную температуру и стареют одинаково. Если городить точные резисторы, то они дорогие и тоже шумят.
Не хватает 431, возьми специфический ИОН, правда они под санкциями🤣
Просто интересно было смогу или нет.