Источник тока-напряжения для МК
Ср дек 25, 2019 14:00:49
Здравствуйте уважаемые форумчане.
Задумал я как-нибудь в будущем разработать компьютеризированный характериограф для снятия характеристик различных транзисторов, диодов и прочих двух-, трехэлектродных устройств. Однако, пока основная работа и быт занимает много времени, а блоков довольно-таки много, то работа затягивается на неизвестный срок )))
Поэтому решил я выложить схему блока, который изначально предначен для питания цепей питания Б-Э, З-И транзисторов, или то, что в аналогичных устройствах называется Step Amplifier.
Как мне кажется схема получилась достаточно универсальной и будет интересна многим, кто проектирует устройства на микроконтроллерах, в том числе любителям ардуино ))) как управляемый ЦАП-ом биполярный источник тока или напряжения.
Немного по схеме:
- Питание двухполярное +-15В
- Диапазоны выходных токов: - +-0,5мА, +-1мА, +-2,5мА, +-5мА, +-10мА, +-20мА, +-50мА, +-100мА, выходных напряжений: +-1В, +-2В, +-5В, +-10В
- В усилителе на входе применены дешевые ОУ MCP6S21 с переключаемым коэффициентами усиления, что позволило упростить переключение диапазонов. Управление ними - по SPI
- По входу стоят буфера, т.к. планировалось использовать ЦАП-ы МК типа STM32 у которых не все хорошо с выходным сопротивлением. Опора ЦАП-а - изначально 2,5В, однако применимо любое опорное, что регулируется двумя подстроечниками с выхода буферов для достичения максимального размаха от 0В до 0,5В
- Управляющий сигнал на вход может подаваться как от двух ЦАП-ов МК (так и было задумано изначально), так по одному входу, подвесив, например, второй на середину опорного напряжения ЦАП-а Vref/2.
- Полярность и величина выходного сигнала пропорциональна разности входных управляющих сигналов
- Подача на вход двух противофазных сигналов (в случае 2-х ЦАП-ов) симметричных относительно Vref/2 одной частоты дает двухполярный выходной сигнал.
- Возможны разные фишки, которые позволят выполнить модуляцию выходного сигнала, а-ля квадратурная модуляция, подача управляющих сигналов разной частоты/амплитуды и прочее, пока не знаю зачем, может кому понадобиться )))
- Режим ток/напряжение по выходу переключается 2-мя сигнальными реле типа AXICOM FP2 D3009 или другими сигнальными в том же корпусе и цоколевке коих много - на другое напряжение, китайские аналоги... По умолчанию, без подачи управляющих синалов IV_SEL, R_SEL, выходной сигнал - ток, диапазон с наименьшей амплитудой
- Далее после переключаемых ОУ стоит дифф. усилитель, что позволило избавиться от дополнительных схем сдвига выходного напряжения ЦАП-ов
- Применяемые ОУ - сдвоенные типа OPA2227, т.к. устройство все-таки планировалось как измерительное. Однако не запрещено применение более доступных ОУ типа TL072/082, соответственно, с потерей точности, хотя, думаю, во многих применениях это будет не критично.
- Выход транзисторный для умощнения
- Вобщем-то все, полосу пропускания по памяти не скажу - но не менее 20 кГц. Надоть в Micro-Cap заглянуть.
Кому тема интересна, прошу к обсуждению. Имеется разведенная в Пкад печатная плата, размер 75х54 мм, двухслойная. Если будет чья-добрая воля, то приму в дар печатную плату по Украине ))) Если нет, то скоро буду изготавливать сам, хотя 2-хслойки ЛУТ-ом - для меня это сплошное мученье...
Схему прилагаю. Здравая критика и предложения приветствуются.
Задумал я как-нибудь в будущем разработать компьютеризированный характериограф для снятия характеристик различных транзисторов, диодов и прочих двух-, трехэлектродных устройств. Однако, пока основная работа и быт занимает много времени, а блоков довольно-таки много, то работа затягивается на неизвестный срок )))
Поэтому решил я выложить схему блока, который изначально предначен для питания цепей питания Б-Э, З-И транзисторов, или то, что в аналогичных устройствах называется Step Amplifier.
Как мне кажется схема получилась достаточно универсальной и будет интересна многим, кто проектирует устройства на микроконтроллерах, в том числе любителям ардуино ))) как управляемый ЦАП-ом биполярный источник тока или напряжения.
Немного по схеме:
- Питание двухполярное +-15В
- Диапазоны выходных токов: - +-0,5мА, +-1мА, +-2,5мА, +-5мА, +-10мА, +-20мА, +-50мА, +-100мА, выходных напряжений: +-1В, +-2В, +-5В, +-10В
- В усилителе на входе применены дешевые ОУ MCP6S21 с переключаемым коэффициентами усиления, что позволило упростить переключение диапазонов. Управление ними - по SPI
- По входу стоят буфера, т.к. планировалось использовать ЦАП-ы МК типа STM32 у которых не все хорошо с выходным сопротивлением. Опора ЦАП-а - изначально 2,5В, однако применимо любое опорное, что регулируется двумя подстроечниками с выхода буферов для достичения максимального размаха от 0В до 0,5В
- Управляющий сигнал на вход может подаваться как от двух ЦАП-ов МК (так и было задумано изначально), так по одному входу, подвесив, например, второй на середину опорного напряжения ЦАП-а Vref/2.
- Полярность и величина выходного сигнала пропорциональна разности входных управляющих сигналов
- Подача на вход двух противофазных сигналов (в случае 2-х ЦАП-ов) симметричных относительно Vref/2 одной частоты дает двухполярный выходной сигнал.
- Возможны разные фишки, которые позволят выполнить модуляцию выходного сигнала, а-ля квадратурная модуляция, подача управляющих сигналов разной частоты/амплитуды и прочее, пока не знаю зачем, может кому понадобиться )))
- Режим ток/напряжение по выходу переключается 2-мя сигнальными реле типа AXICOM FP2 D3009 или другими сигнальными в том же корпусе и цоколевке коих много - на другое напряжение, китайские аналоги... По умолчанию, без подачи управляющих синалов IV_SEL, R_SEL, выходной сигнал - ток, диапазон с наименьшей амплитудой
- Далее после переключаемых ОУ стоит дифф. усилитель, что позволило избавиться от дополнительных схем сдвига выходного напряжения ЦАП-ов
- Применяемые ОУ - сдвоенные типа OPA2227, т.к. устройство все-таки планировалось как измерительное. Однако не запрещено применение более доступных ОУ типа TL072/082, соответственно, с потерей точности, хотя, думаю, во многих применениях это будет не критично.
- Выход транзисторный для умощнения
- Вобщем-то все, полосу пропускания по памяти не скажу - но не менее 20 кГц. Надоть в Micro-Cap заглянуть.
Кому тема интересна, прошу к обсуждению. Имеется разведенная в Пкад печатная плата, размер 75х54 мм, двухслойная. Если будет чья-добрая воля, то приму в дар печатную плату по Украине ))) Если нет, то скоро буду изготавливать сам, хотя 2-хслойки ЛУТ-ом - для меня это сплошное мученье...
Схему прилагаю. Здравая критика и предложения приветствуются.
- Вложения
-
- CT_step_amplifier.pdf
- (53.01 KiB) Скачиваний: 390
Re: Источник тока-напряжения для МК
Чт фев 13, 2020 02:28:28
Круто. Тема мне тоже нравится. Тоже о ней думал. И даже по тем же самым причинам так до неё и не добрался 
Cхему посмотрю. Будет что умного сказать, напишу.
Добавлено after 8 minutes 21 second:
Не критика, но вопросы. Пишу по мере возникновения
1) Зачем использовать усилители с переменным усилением. Казалось бы, сделать усиление фиксированным, а все остальное регулировать цапом, было бы проще. Хотя и с потерей точности. Но они в МК сейчас точные.
Добавлено after 36 minutes 24 seconds:
2) Ну и то же про хитрую дифференциальную схему управления напрядения. Кроме повышения точности ЦАП, других её плюсов перед одноцаповой схемой я не вижу.
3) Уверены в стабильности схемы в режиме выхода по току? Мы имеем задержку положительной ветви обратной связи относительно отрицательной, и это может стать поводом для самовозбуждения. Рискну предположить, что именно с этим эффектом вы боретесь с помощью С1?
Cхему посмотрю. Будет что умного сказать, напишу.
Добавлено after 8 minutes 21 second:
Не критика, но вопросы. Пишу по мере возникновения
1) Зачем использовать усилители с переменным усилением. Казалось бы, сделать усиление фиксированным, а все остальное регулировать цапом, было бы проще. Хотя и с потерей точности. Но они в МК сейчас точные.
Добавлено after 36 minutes 24 seconds:
2) Ну и то же про хитрую дифференциальную схему управления напрядения. Кроме повышения точности ЦАП, других её плюсов перед одноцаповой схемой я не вижу.
3) Уверены в стабильности схемы в режиме выхода по току? Мы имеем задержку положительной ветви обратной связи относительно отрицательной, и это может стать поводом для самовозбуждения. Рискну предположить, что именно с этим эффектом вы боретесь с помощью С1?
Re: Источник тока-напряжения для МК
Сб фев 22, 2020 21:47:58
Схему собираю, плату вытравил. Жду недостающие компоненты.
Попытаюсь частично ответить на Ваши вопросы.
Источником вдохновения, в основном, служит Curve Tracer фирмы Heathkit, а именно IT-1121. Параллельно смотрел еще многие схемы BK501, Tektronix 576 и другие. Хочеться создать нечто близкое по параметрам к IT-1121, только с выводом графиков на комп. В общем-то, каких-то глобальных проблем я не вижу, за исключением отсутствия времени )))
Ну а по технике - дифф. усилитель практически один-в-один из первоисточника, с небольшими модификациями. По моделированию в MicroCap никакого возбуда не обнаружено. Скоро посмотрим что на практике. С1 - просто фильтрация, совместно с R3. По моему опыту токовый режим - вещь стабильная.
А возбуд может наблюдаться по другой причине - на ВЧ транзисторах, что я лично наблюдал, измеряя статические параметры на советской приставке Р4340. Для подавления этого явления собственно и ферритовые бусины в линиях "Коллектор" и "База" в приборе IT-1121, я так полагаю. Я пока решил вопрос введением L1 и С7 (шунтирует цепь Б-Э). Это пока самая непонятная для меня часть. Но в статике при измерениях на Р4340 шунтирование конденсатором цепи Б-Э помогает и позволяет нормально измерить параметры.
По поводу усилителей с переменным коэффициентом, скажу что основная загвоздка собственно, что в подобных приборах все вопросы решаются многопозиционными переключателями, чтобы перекрывать большой диапазон токов/напряжения, что я себе позволить не могу. Вернее могу, сигнальных реле у меня целая пригоршня, но что же это будет за схема.
Большой динамический диапазон ЦАП - это тоже вещь относительная, 12 бит (для STM32) не столь и много. А так пару реле и двумя ОУ с переменным коэффициентом удастся перекрыть большие диапазоны выходного сигнала, да еще и с хорошим разрешением 12 бит в пределах поддиапазона.
Двухцаповая схема, говорите? Ну, пожалуй, особых преимуществ и нет. Мне так показалось удобней и рациональней в плане перехода сигнала через ноль непосредственно "на лету" без щелкания реле ))) Ну да никто не запрещает одним ЦАП-ом управлять. А в STM32 их все равно 2.
А источником "коллекторного" напряжения все равно нужно через гальваноразвязку управлять. Приходило на ум ШИМ-ом через оптопару...
А так, в основном идеи у меня пока только на бумаге, в виде общих набросков. Довольно много там всего получается ((( Начну с этого усилителя, пожалуй
Добавлено after 4 minutes 48 seconds:
Да, кстати ошибочка, резисторы в цепях катушек реле - по 750 Ом, а не по 720 - нету таких номиналов )))
Добавлено after 7 hours 40 minutes 44 seconds:
Че-то я гоню, переучился немного наверное... Как говорится, правильно заданный вопрос - это половина решения. Просто "подсознательно" чувствовал гибкость решения управления 2-мя ЦАПами, но сразу до конца не "осознал". Да и сразу ориентировался на 2 ЦАПа. В любом случае, спасибо за вопрос.
Вобщем, я немного загнул с повышением точности. Но это только немного.
НО!!!
При управлении 2-мя ЦАПами мы имеем возможность перейти на управление одним, просто подвесив напряжение второго ЦАПа в середину опорного напряжения. И здесь начинается самый цимес...
Изменяются пределы выходного сигнала (делением на 2) по сравненению с управлением от двух ЦАПов без потери разрешения. То есть мы еще удваиваем количество пределов выходного сигнала. Т.е. скажем, работали на +-5мА, а стали работать на +-2,5мА. Но это не фактическое удвоение числа диапазонов, т.к. многие из них повторяются, но появятся некоторые промежуточные +-0,25мА, +-1,25мА, +-25мА. И с напряжениями тоже самое - появятся дополнительные +-0,5В, +-2,5В.
На бумажке прикинул - прикрепляю расчет, может наглядней будет. V1 и V2 - это напряжения на входе в PGA.
В изначальном файле со схемой таблица пределов приведена из соображений управления 2-мя ЦАПами, следовательно при управлении одним - нужно все значения поделить на 2.
http://img.radiokot.ru/files/119323/24vnuvlyla.JPG
http://img.radiokot.ru/files/119323/24vnvba50r.JPG
Попытаюсь частично ответить на Ваши вопросы.
Источником вдохновения, в основном, служит Curve Tracer фирмы Heathkit, а именно IT-1121. Параллельно смотрел еще многие схемы BK501, Tektronix 576 и другие. Хочеться создать нечто близкое по параметрам к IT-1121, только с выводом графиков на комп. В общем-то, каких-то глобальных проблем я не вижу, за исключением отсутствия времени )))
Ну а по технике - дифф. усилитель практически один-в-один из первоисточника, с небольшими модификациями. По моделированию в MicroCap никакого возбуда не обнаружено. Скоро посмотрим что на практике. С1 - просто фильтрация, совместно с R3. По моему опыту токовый режим - вещь стабильная.
А возбуд может наблюдаться по другой причине - на ВЧ транзисторах, что я лично наблюдал, измеряя статические параметры на советской приставке Р4340. Для подавления этого явления собственно и ферритовые бусины в линиях "Коллектор" и "База" в приборе IT-1121, я так полагаю. Я пока решил вопрос введением L1 и С7 (шунтирует цепь Б-Э). Это пока самая непонятная для меня часть. Но в статике при измерениях на Р4340 шунтирование конденсатором цепи Б-Э помогает и позволяет нормально измерить параметры.
По поводу усилителей с переменным коэффициентом, скажу что основная загвоздка собственно, что в подобных приборах все вопросы решаются многопозиционными переключателями, чтобы перекрывать большой диапазон токов/напряжения, что я себе позволить не могу. Вернее могу, сигнальных реле у меня целая пригоршня, но что же это будет за схема.
Большой динамический диапазон ЦАП - это тоже вещь относительная, 12 бит (для STM32) не столь и много. А так пару реле и двумя ОУ с переменным коэффициентом удастся перекрыть большие диапазоны выходного сигнала, да еще и с хорошим разрешением 12 бит в пределах поддиапазона.
Двухцаповая схема, говорите? Ну, пожалуй, особых преимуществ и нет. Мне так показалось удобней и рациональней в плане перехода сигнала через ноль непосредственно "на лету" без щелкания реле ))) Ну да никто не запрещает одним ЦАП-ом управлять. А в STM32 их все равно 2.
А источником "коллекторного" напряжения все равно нужно через гальваноразвязку управлять. Приходило на ум ШИМ-ом через оптопару...
А так, в основном идеи у меня пока только на бумаге, в виде общих набросков. Довольно много там всего получается ((( Начну с этого усилителя, пожалуй
Добавлено after 4 minutes 48 seconds:
Да, кстати ошибочка, резисторы в цепях катушек реле - по 750 Ом, а не по 720 - нету таких номиналов )))
Добавлено after 7 hours 40 minutes 44 seconds:
protoder писал(а):Не критика, но вопросы. Пишу по мере возникновения
1) Зачем использовать усилители с переменным усилением. Казалось бы, сделать усиление фиксированным, а все остальное регулировать цапом, было бы проще. Хотя и с потерей точности. Но они в МК сейчас точные.
2) Ну и то же про хитрую дифференциальную схему управления напрядения. Кроме повышения точности ЦАП, других её плюсов перед одноцаповой схемой я не вижу.
Че-то я гоню, переучился немного наверное... Как говорится, правильно заданный вопрос - это половина решения. Просто "подсознательно" чувствовал гибкость решения управления 2-мя ЦАПами, но сразу до конца не "осознал". Да и сразу ориентировался на 2 ЦАПа. В любом случае, спасибо за вопрос.
Вобщем, я немного загнул с повышением точности. Но это только немного.
НО!!!
При управлении 2-мя ЦАПами мы имеем возможность перейти на управление одним, просто подвесив напряжение второго ЦАПа в середину опорного напряжения. И здесь начинается самый цимес...
Изменяются пределы выходного сигнала (делением на 2) по сравненению с управлением от двух ЦАПов без потери разрешения. То есть мы еще удваиваем количество пределов выходного сигнала. Т.е. скажем, работали на +-5мА, а стали работать на +-2,5мА. Но это не фактическое удвоение числа диапазонов, т.к. многие из них повторяются, но появятся некоторые промежуточные +-0,25мА, +-1,25мА, +-25мА. И с напряжениями тоже самое - появятся дополнительные +-0,5В, +-2,5В.
На бумажке прикинул - прикрепляю расчет, может наглядней будет. V1 и V2 - это напряжения на входе в PGA.
В изначальном файле со схемой таблица пределов приведена из соображений управления 2-мя ЦАПами, следовательно при управлении одним - нужно все значения поделить на 2.
http://img.radiokot.ru/files/119323/24vnuvlyla.JPG
http://img.radiokot.ru/files/119323/24vnvba50r.JPG
Re: Источник тока-напряжения для МК
Чт мар 05, 2020 22:21:40
Выпало немного времени. Продолжаю развлекаться.
Схема собрана, с небольшими изменениями.
Пока впаял TL072 за неимением точных ОУ, электролиты около транзисторов поставил 47мкФ, что были под рукой.
Резистор R25 в цепи стабилитрона пришлось уменьшить до 1,2 кОм, т.к. не дотягивало напряжение до требуемых 5,1В. Ну это и ожидаемо с этим плавным коленом обратной ветви ВАХ у низковольтных стабилитронов.
Не оказалось индуктивности, намотал временно на резисторе )))
Бегло проверил, принципиально работает, детальные тесты позже, т.к. нужно присобачить к МК и чего-нибудь написать для управления.
Конкретно по проверке:
- управление релюхами и ОУ с переменным КУ не подключено - все в исходном состоянии, как по схеме. Стало быть диапазон выходного тока +-0,5мА.
- на оба входа подан противофазный сигнал 0...3,3В, 100Гц от генератора, подстроечниками установлен входной сигнал в PGA 0...0,5В, примерно, по осциллографу. Точнее будет подстройка при подключеных ЦАПах.
- на выход в качестве нагрузки подцеплен резистор 390 Ом.
- канал 1 - сигнал на одном из входов, верхнем по схеме, чувство - 1В/дел, канал 2 - сигнал на резисторе, чувство 0,1В/дел.
Собственно, все пока ожидаемо, выходной ток соответствует диапазону.
Небольшой фотоотчет прилагаю.
Схема собрана, с небольшими изменениями.
Пока впаял TL072 за неимением точных ОУ, электролиты около транзисторов поставил 47мкФ, что были под рукой.
Резистор R25 в цепи стабилитрона пришлось уменьшить до 1,2 кОм, т.к. не дотягивало напряжение до требуемых 5,1В. Ну это и ожидаемо с этим плавным коленом обратной ветви ВАХ у низковольтных стабилитронов.
Не оказалось индуктивности, намотал временно на резисторе )))
Бегло проверил, принципиально работает, детальные тесты позже, т.к. нужно присобачить к МК и чего-нибудь написать для управления.
Конкретно по проверке:
- управление релюхами и ОУ с переменным КУ не подключено - все в исходном состоянии, как по схеме. Стало быть диапазон выходного тока +-0,5мА.
- на оба входа подан противофазный сигнал 0...3,3В, 100Гц от генератора, подстроечниками установлен входной сигнал в PGA 0...0,5В, примерно, по осциллографу. Точнее будет подстройка при подключеных ЦАПах.
- на выход в качестве нагрузки подцеплен резистор 390 Ом.
- канал 1 - сигнал на одном из входов, верхнем по схеме, чувство - 1В/дел, канал 2 - сигнал на резисторе, чувство 0,1В/дел.
Собственно, все пока ожидаемо, выходной ток соответствует диапазону.
Небольшой фотоотчет прилагаю.
Re: Источник тока-напряжения для МК
Чт мар 19, 2020 18:08:48
Итак, продолжаем-с развлекаться.
Подцепил усилитель к плате STM32VL Discovery. Написал софт для управления оным и коммуникации с компом по UART. Также небольшую прогу для компьютера, показывать не буду - больно стремно она пока выглядит, пока только для теста. Управление с 2-х ЦАПов, как и задумывалось вначале.
Прогнал по токовым диапазонам (в режиме по напряжению пока не пробовал). Перед этим правда довольно скурпулезно подобрал резисторы в дифференциальном усилителе, так и резисторы ОС... из обычных 5%-ных. Но подбор был точнее одного процента.
В принципе, даже с дешевыми ОУ TL072 получил очень приличный результат по точности. Пока менять на более точные не буду, хотя это имеет смысл для D3, на диапазонах с малыми коэффициентами усиления PGA это даст значительный прирост точности.
Значит, по измерениям:
- Измерял с помощью вольтметра В7-38 со стоковым шунтом, самое точное, что у меня есть на сегоняшний день. С прогревом, естественно, все как полагается.
- Выход усилителя был нагружен на шунт вольтметра.
Прилагаю таблицу результатов. Измерял на краях диапазона и в нуле.
В нуле погрешность приведенная к краю диапазона delta(%) = (Inull/Idiap)*100
На краях - относительная погрешность установленного значения
delta(%) = (Ifact - I zadan)*100/Izadan
- Замечен небольшой дрейф на последнем диапазоне 100 мА из-за нагрева резисторов 100 Ом.
Вобщем мега доволен, результат неплохой, есть перспективы улучшения характеристик.
Подцепил усилитель к плате STM32VL Discovery. Написал софт для управления оным и коммуникации с компом по UART. Также небольшую прогу для компьютера, показывать не буду - больно стремно она пока выглядит, пока только для теста. Управление с 2-х ЦАПов, как и задумывалось вначале.
Прогнал по токовым диапазонам (в режиме по напряжению пока не пробовал). Перед этим правда довольно скурпулезно подобрал резисторы в дифференциальном усилителе, так и резисторы ОС... из обычных 5%-ных. Но подбор был точнее одного процента.
В принципе, даже с дешевыми ОУ TL072 получил очень приличный результат по точности. Пока менять на более точные не буду, хотя это имеет смысл для D3, на диапазонах с малыми коэффициентами усиления PGA это даст значительный прирост точности.
Значит, по измерениям:
- Измерял с помощью вольтметра В7-38 со стоковым шунтом, самое точное, что у меня есть на сегоняшний день. С прогревом, естественно, все как полагается.
- Выход усилителя был нагружен на шунт вольтметра.
Прилагаю таблицу результатов. Измерял на краях диапазона и в нуле.
В нуле погрешность приведенная к краю диапазона delta(%) = (Inull/Idiap)*100
На краях - относительная погрешность установленного значения
delta(%) = (Ifact - I zadan)*100/Izadan
- Замечен небольшой дрейф на последнем диапазоне 100 мА из-за нагрева резисторов 100 Ом.
Вобщем мега доволен, результат неплохой, есть перспективы улучшения характеристик.
Re: Источник тока-напряжения для МК
Чт дек 03, 2020 20:28:09
Пришла зима, появилось немного свободного времени и решил реанимировать тему характериографа для проверки двух- и трехполюсников.
Новую тему создавать не буду - буду постить здесь пока...
В общем у меня давно вырисовалась примерно такая структурная схема:
Решил разделить на несколько блоков-плат для создания и отладки прототипа. Они условно обведены штриховой линией.
Задатчик тока/напряжения для дальнейших экспериментов, как бы готов.
Сейчас работаю над схемой измерения - коллекторного напряжения, тока эмитера, и напряжения база-эмитер. Насчет нужности схемы измерения напряжения база-эмитер пока в небольших сомнениях, можно и без оного, но вроде схемотехнически не много занимает, решил пока оставить.
Работаю над схемой, многие вопросы уже обкашляны, но пока сыровата, показывать преждевременно.
В последней итерации, все-таки склонился к применению опорного напряжения 3,3В, так мне показалось проще со стыковкой цифровой части. Хотя по схеме аналоговой части различия будут только в измерительных резисторах эмитерного тока.
В общем видятся следующие решения:
- делители измерения коллекторного напряжения + аналоговый коммутатор типа 4051, получаются диапазоны +- 20В, +-50В, +-100В, +-200В. Больше делать не стал - уже в такой постановке начинаются схемотехнические извраты. Разрядность STM32Fxx в 12 бит вроде пока устраивает, если что - процессы медленные, можно будет применить оверсемплинг и поднять разрядность на 1, может 2 разряда. Этого должно быть с головой...
- измеритель тока эмитера - переключаемые релюхами (DPDT) измерительные резисторы. Релюхи две штуки, диапазона 4: выбрал +-25 мА, +-50 мА, +- 250 мА, +- 1000 мА. Резисторы небольшого сопротивления, поэтому для исключения влияния сопротивления контактов реле - замер дифф. напряжения на резисторах мимо реле ))) Разрослась схема до еще использования 4-х каналов АЦП. С разрядностью та же история, долго сомневался не упростить ли схему, поставив поменьше шунтов.
- пока около 7-ми корпусов микросхем (сдвоенные ОУ TL072 + аналоговый коммутатор 4051). Прецизионные ОУ есть в некотором минимальном количестве, но пока решил обкатывать на ширпотребе, никаких "сверхточностей" пока в задачу не ставится. Просто, хотя бы в обозримом будущем собрать это все дело и получить графики.
- с регулируемым источником напряжения коллектор-эмитер пока швах... не занимался вообще... для первых экспериментов пойдет источник постоянного напряжения - для снятия передаточных характеристик типа Ic = f(Ib), Id = f(Ugs) и т.п. для проверки железа. А так была задумка какой-нибудь трансформатор+регулируемый линейник, скажем как у того же Heathkit 40В/1А, 200В/0,2А - для транзисторов мелких и средней мощности.
- та же история с токоограничивающими резисторами. На первое время сгодится пара подменных постоянных резисторов. А так, вообще требуется отдельная плата с нетривиальной коммутацией, если резисторов будет много... А некоторые еще будут приличной мощности.
Новую тему создавать не буду - буду постить здесь пока...
В общем у меня давно вырисовалась примерно такая структурная схема:
Решил разделить на несколько блоков-плат для создания и отладки прототипа. Они условно обведены штриховой линией.
Задатчик тока/напряжения для дальнейших экспериментов, как бы готов.
Сейчас работаю над схемой измерения - коллекторного напряжения, тока эмитера, и напряжения база-эмитер. Насчет нужности схемы измерения напряжения база-эмитер пока в небольших сомнениях, можно и без оного, но вроде схемотехнически не много занимает, решил пока оставить.
Работаю над схемой, многие вопросы уже обкашляны, но пока сыровата, показывать преждевременно.
В последней итерации, все-таки склонился к применению опорного напряжения 3,3В, так мне показалось проще со стыковкой цифровой части. Хотя по схеме аналоговой части различия будут только в измерительных резисторах эмитерного тока.
В общем видятся следующие решения:
- делители измерения коллекторного напряжения + аналоговый коммутатор типа 4051, получаются диапазоны +- 20В, +-50В, +-100В, +-200В. Больше делать не стал - уже в такой постановке начинаются схемотехнические извраты. Разрядность STM32Fxx в 12 бит вроде пока устраивает, если что - процессы медленные, можно будет применить оверсемплинг и поднять разрядность на 1, может 2 разряда. Этого должно быть с головой...
- измеритель тока эмитера - переключаемые релюхами (DPDT) измерительные резисторы. Релюхи две штуки, диапазона 4: выбрал +-25 мА, +-50 мА, +- 250 мА, +- 1000 мА. Резисторы небольшого сопротивления, поэтому для исключения влияния сопротивления контактов реле - замер дифф. напряжения на резисторах мимо реле ))) Разрослась схема до еще использования 4-х каналов АЦП. С разрядностью та же история, долго сомневался не упростить ли схему, поставив поменьше шунтов.
- пока около 7-ми корпусов микросхем (сдвоенные ОУ TL072 + аналоговый коммутатор 4051). Прецизионные ОУ есть в некотором минимальном количестве, но пока решил обкатывать на ширпотребе, никаких "сверхточностей" пока в задачу не ставится. Просто, хотя бы в обозримом будущем собрать это все дело и получить графики.
- с регулируемым источником напряжения коллектор-эмитер пока швах... не занимался вообще... для первых экспериментов пойдет источник постоянного напряжения - для снятия передаточных характеристик типа Ic = f(Ib), Id = f(Ugs) и т.п. для проверки железа. А так была задумка какой-нибудь трансформатор+регулируемый линейник, скажем как у того же Heathkit 40В/1А, 200В/0,2А - для транзисторов мелких и средней мощности.
- та же история с токоограничивающими резисторами. На первое время сгодится пара подменных постоянных резисторов. А так, вообще требуется отдельная плата с нетривиальной коммутацией, если резисторов будет много... А некоторые еще будут приличной мощности.
Re: Источник тока-напряжения для МК
Вт дек 08, 2020 01:25:31
Сам недавно подумал об источнике тока. Но пожалуй обойдусь, надеюсь тему потом найду
Re: Источник тока-напряжения для МК
Ср дек 16, 2020 18:31:14
Пока схема измерения приобрела следующий вид.
Конструктивная критика приветствуется.
Это предварительные наброски - все еще в стадии обдумывания, в работе...
Конструктивная критика приветствуется.
Это предварительные наброски - все еще в стадии обдумывания, в работе...
- Вложения
-
- CT_Measure_Unit.pdf
- (87.91 KiB) Скачиваний: 187
Re: Источник тока-напряжения для МК
Ср дек 30, 2020 20:02:30
Изрядно почесав затылок, пробросивши список соединений в Пикад, решил упростить схему и оставил только 2 диапазона измерения тока: +- 50 мА и +- 500 мА. Для рабочего макета вполне хватит, а дальше будем думать... нужно ли расширение возможностей.
Зато схема упростилась значительно и вроде бы разводится без особых проблем. Пока корплю над платой.
P.S. Если можно, хотел бы попросить модераторов, если на то будет добрая воля, перенести тему в раздел "Измерения" с заголовком "Характериограф для транзисторов". А нет, так нет...
Зато схема упростилась значительно и вроде бы разводится без особых проблем. Пока корплю над платой.
P.S. Если можно, хотел бы попросить модераторов, если на то будет добрая воля, перенести тему в раздел "Измерения" с заголовком "Характериограф для транзисторов". А нет, так нет...
Re: Источник тока-напряжения для МК
Вс янв 03, 2021 00:06:57
Практически развел плату в реализации несколько отличающейся от прикрепленной ранее (схема оптимизирована и устранены некоторые ляпы) и вроде все хорошо, но в конце понял - "это не совсем то, что я хотел бы видеть".
А дело вот в чем - параллельно штудируя документацию по Курвиметрам, скачав львиную долю интернета ))) по теме оных (изучить все в полном объеме, хотя бы бегло не представляется возможным - просмотрел процентов 20, наверное), обратил внимание на диапазоны измерения эмитерного тока.
Да тьма их - и упомянутые ранее Тектрониксы всех мастей и древние Orion-EMG TR-4805, Telequipment CT71 и иже с ними. Тот же Peak Atlas мне показался игрушкой по функционалу не сравнимой с "древними" приборами.
Мое внимание обратил широченные перекрытия диапазонов измерения эмитерного тока - в разных вариантах примерно 7 - 9 порядков - никакого АЦП 12 и даже 16 разрядов с двумя диапазонами естественно не хватит. Особенно интересуют "нижние" измерительные диапазоны нано и микроамперы.
Отказываясь от них - отказываемся от измерений токов утечек диодов, стабилитронов, обратно смещенных переходов и прочее.
Значит одолели сомнения по этому поводу. Вроде-бы измерительная часть спроектирована, но мне кажется фунционалу будет ноль целых, хрен десятых с двумя диапазонами.
Значит пока вырисовываются 7 поддиапазонов: 5 мкА, 50 мкА, 0,5 мА, 5 мА, 50 мА, 500 мА, 2 А.
Круто однако..., схема эмиттерных шунтов и их коммутации вырождается в отдельный блок.
Вариант измерительного усилителя токовых шунтов в MicroCap-е покрутил на критическом диапазоне +/- 5 мкА - все отлично, несколько единиц наноампер разрешение можно будет получить, да и абсолютная точность ничего ))) Ниже диапазоны делать, наверное, не рискну )))
И это все на доступной современной элементной базе, по идеям навеянным прибором EMG TR-4805. ОУ со входами на полевиках, ничего особенного. Опять же до реализации нужна куча работы )))
Может скажет кто-что, кто темой интересуется.
А дело вот в чем - параллельно штудируя документацию по Курвиметрам, скачав львиную долю интернета ))) по теме оных (изучить все в полном объеме, хотя бы бегло не представляется возможным - просмотрел процентов 20, наверное), обратил внимание на диапазоны измерения эмитерного тока.
Да тьма их - и упомянутые ранее Тектрониксы всех мастей и древние Orion-EMG TR-4805, Telequipment CT71 и иже с ними. Тот же Peak Atlas мне показался игрушкой по функционалу не сравнимой с "древними" приборами.
Мое внимание обратил широченные перекрытия диапазонов измерения эмитерного тока - в разных вариантах примерно 7 - 9 порядков - никакого АЦП 12 и даже 16 разрядов с двумя диапазонами естественно не хватит. Особенно интересуют "нижние" измерительные диапазоны нано и микроамперы.
Отказываясь от них - отказываемся от измерений токов утечек диодов, стабилитронов, обратно смещенных переходов и прочее.
Значит одолели сомнения по этому поводу. Вроде-бы измерительная часть спроектирована, но мне кажется фунционалу будет ноль целых, хрен десятых с двумя диапазонами.
Значит пока вырисовываются 7 поддиапазонов: 5 мкА, 50 мкА, 0,5 мА, 5 мА, 50 мА, 500 мА, 2 А.
Круто однако..., схема эмиттерных шунтов и их коммутации вырождается в отдельный блок.
Вариант измерительного усилителя токовых шунтов в MicroCap-е покрутил на критическом диапазоне +/- 5 мкА - все отлично, несколько единиц наноампер разрешение можно будет получить, да и абсолютная точность ничего ))) Ниже диапазоны делать, наверное, не рискну )))
И это все на доступной современной элементной базе, по идеям навеянным прибором EMG TR-4805. ОУ со входами на полевиках, ничего особенного. Опять же до реализации нужна куча работы )))
Может скажет кто-что, кто темой интересуется.
Re: Источник тока-напряжения для МК
Пн фев 08, 2021 20:37:38
Значится, продолжаю свои изыскания.
Прикинув все еще раз, и, подумав, что перепроектировать схему измерительной части на большее количество диапазонов я пока не могу, в связи с малым временем, выделяемым разработке. В связи с этим вернулся к первоначальной схеме измерителя, исправив некоторые ошибки и доведя её до минимализма, оставив два диапазона измерения "эмитерного" тока: +/- 50 мА и +/- 250 мА.
Плату изготовил, кое-что запаял, пока детально не тестировал. Не хватает некоторых элементов - резисторов цепочки высоковольтного делителя, а также резисторов шунта измерителя тока на диапазон +/-250 мА. Все остальное в сборе - можно скоро будет приступить.
Пока только так - для дальнейшего перехода к программной части этого, я считаю, достаточно, а дальнейшее расширение функционала мне видится в двух направлениях.
Первое, сложное - перепроектирование схемы измерителя, пока отложено в долгий ящик, использую то что есть.
Второе - программно-аппаратные решения. Повышение разрядности АЦП. Использование оверсемплинга, например. А также, я, к своему удивлению, нашел весьма приличный МК от ST, более выгодно отличающийся от своих собратьев, небольшой ценой и наличием 16-битного АЦП, и, как мне показалось, довольно сбалансированной периферией. Имя ему STM32F373, буквы в конце разные. Можно и его будет применить. Кому интересно, может посмотреть.
За сим, пока удаляюсь. Актуальную схему измерителя прикрепляю.
Прикинув все еще раз, и, подумав, что перепроектировать схему измерительной части на большее количество диапазонов я пока не могу, в связи с малым временем, выделяемым разработке. В связи с этим вернулся к первоначальной схеме измерителя, исправив некоторые ошибки и доведя её до минимализма, оставив два диапазона измерения "эмитерного" тока: +/- 50 мА и +/- 250 мА.
Плату изготовил, кое-что запаял, пока детально не тестировал. Не хватает некоторых элементов - резисторов цепочки высоковольтного делителя, а также резисторов шунта измерителя тока на диапазон +/-250 мА. Все остальное в сборе - можно скоро будет приступить.
Пока только так - для дальнейшего перехода к программной части этого, я считаю, достаточно, а дальнейшее расширение функционала мне видится в двух направлениях.
Первое, сложное - перепроектирование схемы измерителя, пока отложено в долгий ящик, использую то что есть.
Второе - программно-аппаратные решения. Повышение разрядности АЦП. Использование оверсемплинга, например. А также, я, к своему удивлению, нашел весьма приличный МК от ST, более выгодно отличающийся от своих собратьев, небольшой ценой и наличием 16-битного АЦП, и, как мне показалось, довольно сбалансированной периферией. Имя ему STM32F373, буквы в конце разные. Можно и его будет применить. Кому интересно, может посмотреть.
За сим, пока удаляюсь. Актуальную схему измерителя прикрепляю.
- Вложения
-
- CT_Measure_Unit_7.pdf
- (65.04 KiB) Скачиваний: 183
Re: Источник тока-напряжения для МК
Вт ноя 23, 2021 21:04:28
Вобщем поковырявшись немного с усилителем уставки для задания базового тока/напряжения, понял я что все не то, что нужно.
Усилитель в первом варианте не годится!!! Не то, что бы он плох, даже хорош, но... с условием - для нагрузки с линейной ВАХ. Не для p-n перехода в качестве нагрузки. При некоторых условиях - работа вблизи малых уставок токов, происходит разрыв отрицательной ОС усилителя, чего и следовало ожидать (все мы умные задним числом))) и смещение перехода испытуемого транзистора большим обратным напряжением.
Кое-чего подсмотрев у Тектрониксов 576, понял что они уже давным-давно изобрели велосипед и работают только в одной полярности задачи токов одновременно, если надоть - переключают на другую полярность. Разрыв ОС предотвращают схемными ухищрениями и ограничением величины обратного напряжения на испытуемом p-n переходе.
Пришлось немного помакетировать, изготовив в общей сложности штук 3-4 макета.
Помучал разные ОУ OP07 - мне, чисто субъективно, не очень. Показалось, что есть у них определенная чувствительность к изменению напруги питания, хотя это и в даташите указано... Остановился опять-же, в который раз на OPA2227.
Нужны еще приличные ОУ с полевыми входами, типа OPA2134, или другие, но у меня их пока нет, тестировал с TL-ками.
Но вобщем результат положительный. Даже изготовил пяток плат по этому поводу у китайцев, одну даже почти запаял - будет задел на будущее.
Хотя запал немного поугас, да и времени - не особо, но в будущем я займусь этой темой в качестве развлечения
Тем более, что удалось относительно недорого приобрести несколько штук STM32F373 в 48-ногом корпусе, будет повод Сигма-Дельта помучать.
Схему усилителя задатчика тока/напряжения для (возможно) характериографа - на суд общественности.
Усилитель в первом варианте не годится!!! Не то, что бы он плох, даже хорош, но... с условием - для нагрузки с линейной ВАХ. Не для p-n перехода в качестве нагрузки. При некоторых условиях - работа вблизи малых уставок токов, происходит разрыв отрицательной ОС усилителя, чего и следовало ожидать (все мы умные задним числом))) и смещение перехода испытуемого транзистора большим обратным напряжением.
Кое-чего подсмотрев у Тектрониксов 576, понял что они уже давным-давно изобрели велосипед и работают только в одной полярности задачи токов одновременно, если надоть - переключают на другую полярность. Разрыв ОС предотвращают схемными ухищрениями и ограничением величины обратного напряжения на испытуемом p-n переходе.
Пришлось немного помакетировать, изготовив в общей сложности штук 3-4 макета.
Помучал разные ОУ OP07 - мне, чисто субъективно, не очень. Показалось, что есть у них определенная чувствительность к изменению напруги питания, хотя это и в даташите указано... Остановился опять-же, в который раз на OPA2227.
Нужны еще приличные ОУ с полевыми входами, типа OPA2134, или другие, но у меня их пока нет, тестировал с TL-ками.
Но вобщем результат положительный. Даже изготовил пяток плат по этому поводу у китайцев, одну даже почти запаял - будет задел на будущее.
Хотя запал немного поугас, да и времени - не особо, но в будущем я займусь этой темой в качестве развлечения
Тем более, что удалось относительно недорого приобрести несколько штук STM32F373 в 48-ногом корпусе, будет повод Сигма-Дельта помучать.
Схему усилителя задатчика тока/напряжения для (возможно) характериографа - на суд общественности.
Re: Источник тока-напряжения для МК
Сб янв 29, 2022 21:45:42
Ну что ж, продолжаю развлекаться на дальних подходах к характериографу в свободное отработы время. Проект некомерческий, а для души, поэтому спешка ни к чему.
Step-усилитель собран в одном экземпляре и вроде как работает ))) Да чего уж, все уже было промакетировано до этого...
Как уже говорил удалось прикупить 5 шт. STM32F373C8 - в нынешних условиях "дефицита кремния", можно сказать по бросовой цене.
Камень по даташитам мне очень понравился, кому интересно может посмотреть, поэтому решил заняться "мозгом" устройства, т.к. он уже мне нужен. Тем более, что я попробовал сделать его универсальным, до некоторой степени, конечно, поскольку я еще до конца не определился как будет выглядеть конечная аппаратная конфигурация устройства.
У меня тут идут два процесса навстречу друг-другу - формирование ТЗ и копромисс, связанный с оптимальностью тех или иных решений )))
Например, почитав мануал блока от Тек 7CT1N, восхитился элегантностью решения схемы замера тока эмитера и кое-что взял на заметку...
Так что сейчас относительно законченными блоками считаю:
- step-усилитель/формирователь;
- и, возможно, теперь уже цифровую часть.
Остальное подлежит пересмотрению )))
По мозгу. Ног МК относительно мало - 48 LQFP, поэтому перспективные порты просто повыводил, также все ЦАП-ы, UART - к нему подключается отдельная платка = оптоизоляция+CH340N, она у меня уже сделана и протестирована, немного портов АЦП и сигма-дельта АЦП.
Стабилизатор на 3В для питания МК а это не только цифра, но и 12-бит АЦП - собственного исполнения, по предыдущему опыту сборки подобного и моделированию - неплохо должен стабилизировать при изменении потребления питания МК. Попытка сделать стабильную опору для АЦП 12бит, совмещенную со стабилизатором питания, поскольку входа опоры для VREF+ в этом корпусе нет. Посмотрим, что получится.
О температурной сверхстабильности не говорю - в некоторых случаях у меня вопрос решался "подбором" TL431 по температурной стабильности, ну это если заморочится )))
В качестве опоры для СД АЦП - планирую AD780. Полная обвязка по конденсаторам, как в даташите и триммирование выходного. Кстати сделал выход опорного наружу Vref и Vref/2 через буфер для всяких нужд в аналогой части.
Дополнительно сделал "расширитель портов" на выход на сдвиговых регистрах 74HC595 для всяких там некритичных вещей, переключение реле и т.п.
Глобально все, плату заканчиваю, отправляю китайсам... Схему прилагаю.
Step-усилитель собран в одном экземпляре и вроде как работает ))) Да чего уж, все уже было промакетировано до этого...
Как уже говорил удалось прикупить 5 шт. STM32F373C8 - в нынешних условиях "дефицита кремния", можно сказать по бросовой цене.
Камень по даташитам мне очень понравился, кому интересно может посмотреть, поэтому решил заняться "мозгом" устройства, т.к. он уже мне нужен. Тем более, что я попробовал сделать его универсальным, до некоторой степени, конечно, поскольку я еще до конца не определился как будет выглядеть конечная аппаратная конфигурация устройства.
У меня тут идут два процесса навстречу друг-другу - формирование ТЗ и копромисс, связанный с оптимальностью тех или иных решений )))
Например, почитав мануал блока от Тек 7CT1N, восхитился элегантностью решения схемы замера тока эмитера и кое-что взял на заметку...
Так что сейчас относительно законченными блоками считаю:
- step-усилитель/формирователь;
- и, возможно, теперь уже цифровую часть.
Остальное подлежит пересмотрению )))
По мозгу. Ног МК относительно мало - 48 LQFP, поэтому перспективные порты просто повыводил, также все ЦАП-ы, UART - к нему подключается отдельная платка = оптоизоляция+CH340N, она у меня уже сделана и протестирована, немного портов АЦП и сигма-дельта АЦП.
Стабилизатор на 3В для питания МК а это не только цифра, но и 12-бит АЦП - собственного исполнения, по предыдущему опыту сборки подобного и моделированию - неплохо должен стабилизировать при изменении потребления питания МК. Попытка сделать стабильную опору для АЦП 12бит, совмещенную со стабилизатором питания, поскольку входа опоры для VREF+ в этом корпусе нет. Посмотрим, что получится.
О температурной сверхстабильности не говорю - в некоторых случаях у меня вопрос решался "подбором" TL431 по температурной стабильности, ну это если заморочится )))
В качестве опоры для СД АЦП - планирую AD780. Полная обвязка по конденсаторам, как в даташите и триммирование выходного. Кстати сделал выход опорного наружу Vref и Vref/2 через буфер для всяких нужд в аналогой части.
Дополнительно сделал "расширитель портов" на выход на сдвиговых регистрах 74HC595 для всяких там некритичных вещей, переключение реле и т.п.
Глобально все, плату заканчиваю, отправляю китайсам... Схему прилагаю.
- Вложения
-
- MCU_INIT_v4.pdf
- (75.6 KiB) Скачиваний: 99