Стабилизированный лабораторный блок питания 0-30В 0,002-3А

[Lexter]

Да ёлки-палки! Сам же десять раз написал "интегратор, интегратор", и только сейчас в голову пришло...

... откуда на выходе ОУ3 100Гц берутся? ...

Оттуда и берутся, что это интегратор. У интегратора на низких частотах максимальное усиление, близкое к усилению ОУ без ОС. Десятки, если не сотни, тысяч, вот он и "вытаскивает" эти 100 Гц.

Можно попробовать уменьшить усиление, поставив параллельно ёмкости С8 резистор, чтобы усиление на постоянном токе было не больше сотни, а может и десятки хватит, чтобы регулировал. Будет не интегратор, а пропорционально-интегрирующее звено. Данная схема с ПИ-регулятором тоже должна работать. По-хорошему, это конечно считать надо, но можно и экспериментально подобрать номинал, при котором минимальны пульсации, но ещё приемлема точность и стабильность поддержания установленного тока.

Коэффициент усиления по постоянному току каскада на U3 будет равен отношению сопротивления, которое будет параллельно С8, к сопротивлению R21.

Изменено 19 Февраля, 2018 в 08:14 пользователем Lexter

[dima1967]

А он начинает? Какое получается напряжение на выходе U3 при токе через нагрузку в пару ампер (при ограничении тока, естественно)? Как ведёт себя при изменении тока ограничения переменным резистором P2? Должно быть небольшим положительным. При регулировке от упора в сторону уменьшения тока, напряжение на выводе 3 U2 должно плавно уменьшаться. Если скачком - интегратор не работает. Причина - или где-то ошибка в монтаже, или в номиналах. Про С8 330 пФ вы написали, а R21 сколько? Для проверки можно попробовать увеличить резистор или ёмкость на порядок.

По порядку:

R21 как и все элементы я проверял заранее и они в пределах нормы (как я полагаю)...ну R21 к примеру 9,87 К - по схеме 10К. С остальными резисторами примерно такие же допустимые отклонения. На всякий случай я перепроверил его.

Теперь по ОУ3: Да, ОУ3 именно так и ведет себя как я описал. Ровно до момента пока на +входе (3) больше чем на - входе (2) на своем выходе ОУ3 "давит" плюс питания и держит запертым диод Д9, то есть ведет себя как компаратор.

А вот когда мы потенциометром Р2 снижаем опорное на его + входе (3) до уровня -входа (2) и чуть-чуть (не видимо конечно) перевешиваем, то моментально на входах ОУ3 напряжение выравнивается - становится таким же как было на - входе (2), то есть на входах одинаково, а на выходе (6) устанавливается некая цифра которая ровно на напряжение падения Д9 (около 0,65 вольта) отличается (меньше) от напряжения на + входе (3) ОУ2 управляющего напряжением на выходе схемы. Как бы наступает равновесие и загорается светодиод, так как на базе транзистора Q3 уменьшается напряжение соответственно.

Далее если мы больше крутим потенциометр Р2 - результат предсказуемый - напряжение на +входе (3) ОУ3 плавно снижается, тащит за собой плавно вниз напряжение на -входе (2) и выход (6), а выход (6) по всему большому контуру и снижает с помощью шунта напряжение на - входе (2)....в общем все идет по кругу и напряжение на входах выравнено и на входе стало меньше, а на входе + (3) ОУ2 тоже соответственно снизилось и отличается от выхода ОУ3 на падение на Д9. В обратную сторону все точно так же до момента обратного превращения ОУ3 в компаратор и закрытия Д9, светодиод гаснет и потенциометром Р1 снова можно увеличивать напряжение на выходе БП.

Если же в то время когда Д9 открыт мы попытаемся крутить Р1 и увеличивать напряжение на выходе БП, то ничего не происходит потому что зафиксированное Р2 напряжение на + входе (3) ОУ3 на позволяет вырасти напряжению на своем входе - (2) и соответственно не пускает вверх напряжение на выходе (6) ну и далее на Д9 и ....все опять по кругу до шунта....в общем через ограничение выхода ОУ3 и входа + ОУ2 мы ограничили ток.

Все это так на мультиметре и выглядит. Все работает очень плавно и предсказуемо. Ток регулируется через Р2 от максимума до видимого на мультиметре нуля.

Изменено 19 Февраля, 2018 в 11:34 пользователем dima1967

[dima1967]

Да ёлки-палки! Сам же десять раз написал "интегратор, интегратор", и только сейчас в голову пришло... Оттуда и берутся, что это интегратор. У интегратора на низких частотах максимальное усиление, близкое к усилению ОУ без ОС. Десятки, если не сотни, тысяч, вот он и "вытаскивает" эти 100 Гц.

Можно попробовать уменьшить усиление, поставив параллельно ёмкости С8 резистор, чтобы усиление на постоянном токе было не больше сотни, а может и десятки хватит, чтобы регулировал. Будет не интегратор, а пропорционально-интегрирующее звено. Данная схема с ПИ-регулятором тоже должна работать. По-хорошему, это конечно считать надо, но можно и экспериментально подобрать номинал, при котором минимальны пульсации, но ещё приемлема точность и стабильность поддержания установленного тока.

Коэффициент усиления по постоянному току каскада на U3 будет равен отношению сопротивления, которое будет параллельно С8, к сопротивлению R21.

Хеххх :smile: Терперь про параллельный С8 резистор в 100К. Я такой эксперимент провел еще вчера....просто решил попробовать ОУ3 прилепить ООС, чтобы он компаратором вообще не становился даже при закрытом Д9.

Я воткнул параллельно С8 многооборотный китайский потенциометр Mexico на 100К и стал пробовать регулировать ток. Да, забыл упомянуть что ток я крутил во всех своих опытах от 0 до 3 А. Так вот то что я увидел мне совсем не понравилось, я попробую описать это на словах, а Вы может подведете теорию под эти результаты.

Так вот например поставил я на этом потенциометре пусть он будет Р0 = 100К. На выходе БП 12 вольт и на нагрузке 2 А. Далее начинаю крутить Р2 чтобы ограничить ток. Кручу...кручу а светодиод все не горит и напряжение и ток не падают.....и вдруг резко падает напряжение сразу с 12 вольт до 7 вольт, ток соответственно до 1,17 А и загорается светодиод. В общем упало не плавно а скачком с 12 сразу на 7, только крутить пришлось много. А вот дальше начинается самое интересное. Когда я хочу вернуть обратно ток 2А и 12 вольт, то я кручу Р2 в обратную сторону и напряжение и ток на этот раз выстреливают не скачком, а плавно с 7 вольт 1,17А до 12 вольт и 2 А. Светодиод при этом продолжает гореть ровно до уровня 12 вольт и 2А а потом гаснет. В общем вниз скачком а обратно вверх плавно при горящем светодиоде. Ну и как объяснить такое поведение??

Я переставил Р0 на 75К и проделал то же самое. Поведение схемы такое же как и при 100К, только вот скачек увеличился и теперь резко перескочило с 12 вольт и 2 А аж до 5 вольт и соответственно 0,8А. Дальше я особо замеры уже не делал...так на глазок крутил Р0 и видел явно что если Р0 больше, то скачек меньше и наоборот. Более 100К я Р0 ставить пока не пробовал. У меня есть пара больших потенциометров на 500К и 1М....может попробовать...или нет смысла??? Подумайте....мож что присоветуете...

Изменено 19 Февраля, 2018 в 11:33 пользователем dima1967

[Lexter]

... Я воткнул параллельно С8 многооборотный китайский потенциометр ...

Так про самое главное, из-за чего весь сыр-бор начался... На пульсации 100 Гц влияет? :smile:

[dima1967]

Николай,

 

Пульсации пока на ОУ3 победить не удалось.....подробности:

 

1. С резистором в цепи ОС ОУ3 параллельно С8 я разобрался. Во время первого опыта я накосячил с подпайкой проводка для потенциометра R0 и поэтому видимо измерения и поведение выхода были такими не предсказуемыми. Провел еще несколько опытов с правильно подключенным R0. Результатов два как в той поговорке....

Хороший - да, выход (6) ОУ3 стал регулироваться плавно и линейно, КУ ставил разный, работает, НО...

Плохой - пульсации на выходе (6) ОУ3 никуда при этом не исчезли.

 

2. Номинал С8 менял в разы в меньшую и большую стороны. Не помогло. Когда воткнул в 10 раз больше, то стало хуже, вообще без него тоже ужас на экране. А так от 100пф до 1500 пф все одинаково на осциллографе....визуально и по параметрам которые он измеряет вроде Peak to peak. Вернул на место родной.

 

3. Отцеплял R20. Подумал а вдруг оттуда лезут 100Гц. Честно говоря очень на это надеялся, но не помогло.

 

4. По точкам на осциллографе. На входы 2 и 3 ОУ3 приходит чистая линия, потенциометром Р2 на выходе 6 напряжение плавно снижается благодаря R0, и оно УЖЕ идет с пульсациями на Д9. То есть на катоде Д9 пляшут под "дверью" 100 Гц, а на аноде все красиво. И как только напряжение на выходе 6 снижается до уровня открытия Д9, так сразу эти 100 Гц вылазят через "дверь" и прут на вход 3 ОУ2, ну и далее до конечной станции везде 100 Гц. Заразные они эти 100 Гц.... :smile: приклеились - не вытравишь :angry:

 

5. Номинал R21 менять не пробовал....сомневаюсь что это поможет, тем более ОС с R0 я крутил до 500 К (то есть КУ ставил от -5 до -50).

 

Получается что на входы ОУ3 приходит все чисто, а на выходе 100 Гц. ОУшки в панельке переставлял - не помогает

 

У меня тут мысль одна....только не смейтесь....а может такое быть из за того, что на плате панелька ОУ3 стоит буквально в плотную к "бочке" входного С1 ??? Причем как раз той стороной, где нога 6.

 

И еще одна идея. Попробовать соорудить для ОУ3 стабильный плюс питания?? Только не соображу как по проще это сделать. Ток там мизерный. Воткнуть стаб какой-нибудь?? Но стабы у меня есть только на 3,9 и 5,6. Правда на 5,6 много. На С1 у меня 23,5 вольта. 5,6 Х 4 = 22,4 вольта. Может так попробовать ?? Что скажете??

 

Просто я уже уперся в эти 100 Гц и очень хочу их победить. :smile:

[Lexter]

... Просто я уже уперся в эти 100 Гц и очень хочу их победить. ...

При вашем таком тщательном и вдумчивом подходе, скорее всего это получится. :smile:

... Воткнуть стаб какой-нибудь? ...

Стабилизировать напряжение питания ОУ в общем-то не обязательно. Достаточно сделать его "чистым", а если будет немного "плавать", - ничего страшного. Можно поставить в разрыв провода питания резистор, а питание ОУ зашунтировать приличной ёмкостью. Номинал резистора должен быть таким, чтобы от тока потребления ОУ на нём падало несколько вольт. Чем больше, тем лучше. Достаточно, чтобы положительное напряжение питания, получившееся на ОУ, было на 3-5 вольт выше, чем максимальное напряжение, которое бывает на его входах.

Но уменьшение положительного напряжения питания U3 вызовет проблемы с закрыванием транзистра, управляющего светодиодом, так как выход ОУ не поднимется выше его напряжения питания. Чтобы это скомпенсировать, можно поставить последовательно с R20 стабилитрон на напряжение равное или чуть больше величины напряжения, на которую уменьшено напряжение питания ОУ.

 

... может такое быть из за того, что на плате панелька ОУ3 стоит буквально в плотную к "бочке" входного С1 ? ...

Думаете, ёмкостной "пролаз"? ... Входное сопротивление этих ОУ конечно большое, но не до такой же степени, чтобы через паразитную ёмкость порядка 10 пФ пролезало 100 Гц. Хотя... Не помню, сколько вы говорили амплитуда 100 Гц на выходе, но если поделить её на примерно 50000 (усиление ОУ на этой частоте), то сколько должно наблюдаться на входе? Ваши "на осциллографе. На входы 2 и 3 ОУ3 приходит чистая линия" на каком пределе осциллографа смотрели? Десятки микровольт рассмотрели бы?

[dima1967]

... Достаточно, чтобы положительное напряжение питания, получившееся на ОУ, было на 3-5 вольт выше, чем максимальное напряжение, которое бывает на его входах. ...

 

Ну примерно так я и поступил для опыта. Когда уже собирался паять гирлянду из стабов на 5,6 В до меня дошло что ОУ 3 достаточо чуть больше +10 вольт питания для его работы, так как у ОУ2 КУ=примерно 3,2. В общем так конечно НАВЕРНО нельзя делать, но ведь лень-двигатель прогресса :biggrin: ....и я вместо гирлянды из стабов кинул проводок с выхода ОУ1 на питание ОУ3. На ОУ1 ведь всегда 11,2 есть. Перед этим посмотрел в симуляторе Multisim 14 на такое художество и понял, что с выхода ОУ1 пойдет 11 мА....ну и что?? Стерпит эксперимент! В общем стабильное питание на пульсации никак не повлияло и я вернул ОУшке питание нормальное. Кстати ОУ1 прекрасно работал и не жаловался. По симулятору на ОУ2 даже в 2 раза больше Р рассеивается. Ну да ладно....уже не важно.

 

Я тут все таки убедился методом тыка что ОС на R0 оказывает положительное влияние. Номинал вышел 48К. При этом номинале пульсации на ОУ3 в 2 раза ниже чем без R0. Но совсем избавиться от пульсаций не получилось. Думаю есть смысл добавить такой резистор в схему. Однако в силу того что теперь На выходе ОУ3 напряжение не опускается вниз скачком, а подчиняется ОС, то само собой вылез постоянно горящий светодиод....то есть горит пока до открытия Д9 еще как до Луны.

Вы дали совет что делать со светодиодом в случае понижения штатного питания ОУ3....теперь подскажите, пож, как сделать так чтобы он загорался только при открытии Д9??

 

... Ваши "на осциллографе. На входы 2 и 3 ОУ3 приходит чистая линия" на каком пределе осциллографа смотрели? Десятки микровольт рассмотрели бы? ...

Да какое там.... :biggrin: У меня обычный бюджетный осц-приставка ISDS205B. По моему для радиолюбительства в самый раз. Хотя тут предлагают одного советского двухканального старика в рабочем состоянии всего за 50 евро...надо подумать....больно он огромный и тяжелый. Причем на выбор С1-55 или С1-77. Вы в них понимаете??

В общем на входах конечно же никаких микровольт я не увижу. Но вот повозился с пределом 10 мВ (меньше у меня нет)....и Вы правы....от шунта таки приходят эти 100 Гц амплитуда 5 мВ. А с ОУ3 вылазят все 130 мВ, а на выходе БП эти шорты превращаются в 450 мВ. В тоже время при закрытом Д9 пульсаций 100 Гц на выходе БП я не нашел на пределе 10 мВ. Есть "иголочки-мусор" визуально около 10 кГц до 20 мВ. Не знаю что это такое, может глюки моей бюджетной приставки, кстати для прикола проверил батарейку Крона на пределе 10 мВ. Так на ней тоже эти иголки есть. :smile:

Да, все измерения я делал при токе от 1,5 до 2,5 А. Нагрузка 6 Ом.

И что же получается? На выходе БП (при закрытом Д9) 100 Гц нет, а на шунте они есть....это как??....шунт ведь как бы в цепи после нагрузки стоит....

Изменено 20 Февраля, 2018 в 20:42 пользователем dima1967

[Lexter]

... 100 Гц ... на шунте ... есть....это как? шунт ведь как бы в цепи после нагрузки стоит ...

Ну, хотите разобраться, давайте разбираться. :smile:

Нарисуем эквивалентную схему по переменному току. На ёмкости выпрямителя переменное напряжение 100 Гц есть? Есть. Заменим эту часть схемы источником переменного напряжения. Транзистор Q4 представим как регулируемое сопротивление, которое неким образом "чёрным ящиком" регулируется так, чтобы поддерживать на нагрузке постоянное напряжение. Другими словами, поддерживать на нагрузке переменное напряжение равным нулю. Это даже без учёта шунтирующей нагрузку ёмкости С7. Итого, на нагрузке переменное напряжение всегда равно нулю. Поэтому в эквивалентной схеме по переменному току заменяем его на соответствующий элемент - перемычку, кусок провода. Получилась такая схема:

Может показаться, что транзистор Q7 должен и тут чего-то как-то регулировать... Но Q4 напряжение на R7 не регулирует и вообще про него не знает. Напряжение для регулировки ведь измеряется на нагрузке (на этой схеме - кусок провода между выходными клеммами). Получается, что в этой эквивалентной схеме Q4 - постоянный резистор. Закон Ома для замкнутой цепи помните? Ну и что должно быть на R7?

 

Я уже писал в этой ветке:

... Эта схема - не тот случай, который парой штрихов можно довести до совершенства. ...

[Datagor]

Уважаемый Николай!

Возможно вы зря тратите мыслительную энергию.

Обратите внимание: БП отлично работает и обеспечивает все заявленные параметры по регулировке тока, напряжения и уровню пульсаций.

 

100 Гц Дима ловит в аварийном режиме ограничения тока, при сработавшей защите.

Так нужно ли этот вопрос вообще рассматривать? ХЗ, по-моему нет. :think:

 

Разве что ввести триггерный режим, чтобы нагрузка просто отрубалась до сброса спец.кнопкой или выключением.

Нет напряжения — нет 100 Гц — Дима не сердится. :biggrin:

[dima1967]

... Ну, хотите разобраться, давайте разбираться. ...

 

Николай, большое спасибо!

Вы мне очень помогли разобраться с моими вопросами. :think:

Еще несколько слов в личке...

 

... Разве что ввести триггерный режим, чтобы нагрузка просто отрубалась до сброса спец.кнопкой или выключением. Нет напряжения — нет 100 Гц — Дима не сердится. ...

 

Игорь, спасибо большое!

Ваш совет тоже мне очень помог.

Я даже придумал вот еще что.....выключил БП из розетки и не нашел вообще никаких пульсаций, и настроение у меня просто отличное! :biggrin:

Изменено 21 Февраля, 2018 в 10:42 пользователем dima1967

[Lexter]

... 100 Гц Дима ловит в аварийном режиме ограничения тока ...

Вообще-то, если есть регулировка тока, то режим вовсе даже не "аварийный", а вполне себе "штатный".

 

... БП отлично работает и обеспечивает все заявленные параметры ...

Всё жду, что кто-нибудь сюда зайдёт и скажет, что в его блоке такого явления нет. Сразу станет понятно, что надо искать ошибку в монтаже. :smile:

[Datagor]

... Всё жду, что кто-нибудь сюда зайдёт и скажет, что в его блоке такого явления нет. Сразу станет понятно, что надо искать ошибку в монтаже. :smile: ...

Очень мне ленностно собирать это только для опытов. :wacko:

 

Но схеме этой более 10 лет, она в виде кита рождена братьями-греками, растиражирована по всему англо-нэту, потом по всему ру-нэту. Потом реинкарнировала в китайские киты.

 

Я в своё время много почитал и то и другое по теме. И нигде не встретил описанной проблемы «100 Гц».

Есть описания разных доработок, переделок, замены элементарной базы и т.п.

Но нигде нет проблемы «100 Гц».

Толи такой проблемы не существует, толи никто не считает это проблемой.

 

Может и правда ещё раз по монтажу пробежаться свежим взглядом?