Ok, pošto očito interesovanje postoji, onda večeras počinjemo konstrukciju prvog i najjednostavnijeg dela, a to je kolo za regulaciju struja punjenja/pražnjenja, odnosno kako je to HP voleo da zove 'tuning amplifier'. U narednim danima ću svakog dana objavljivati po jedan deo sklopa sa detaljnim objašnjenjem rada i načinom podešavanja.
Pre svega za ovaj uređaj će vam biti potreban izvor stabilisanog napona od +15V, -15V (struja approx 150mA) i +18V i -18V za napajanje izlaznog stepena (struja approx 400mA). Sutra ću dati šemu napajanja onako kako sam je ja uradio, ali svakako ostavljam vama da izaberete kakvo ćete napajanje napraviti. Ono što je jedino bitno kod napajanja jeste da naponi moraju da budu SIMETRIČNI U ODNOSU NA MASU I STABILNI U OKVIRU +/-5mV.
Dakle ovaj prvi deo se sastoji od jedne četvrtine TL084 (ostale tri su drugim komponentama generatora), jednog N-kanalnog mosfeta, jednog PNP, jednog NPN tranzistora i jednog TL431.
Što se tiče TL431, ono sa otpornicima od 30k i 10k koji formiraju razdelnik na njegovom referentnom ulazu pravi šant regulator koji iza otpornika od 1k (koji ide na liniju od +15V) formira referentni napon za podešavanje učestanosti od 10,0V. Naravno koliki će taj napon biti tačno zavisi pre svega od preciznosti otpornika od 30k i 10k , kao i od same unutrašnje reference u TL431. Sa metal-oksidnim otpornicima od 0,25W, i 1% tolerancije ovaj napon bi sa svakim TL431 trebalo da se nađe u opsegu 9,80-10,20V. Referentni napon od 10V se vodi na 10-obrtni potenciometar od 10k (ja sam koristio Spectrol potenciometar). Naravno, to nije nužno ali jako olakšava podešavanje željene učestanosti.
Otpornik od 300k koji ide sa klizača ovog potenciometra na neinvertujući ulaz TL084 i otpornik od 100k formiraju zajedno razdelnik koji ovih 0-10V pretvara u 0-2,5V. Takođe sa VCF (Voltage Control Frequency) konektora na neinvertujući ulaz ide otpornik od 220k, i sa ostala dva otpornika (od 100k i 300k) formira razdelnik takav da 10V na ulazu odgovara 2,5V na operacionom pojačavaču. Sve je ovo rađeno da bi VCF ulaz odgovarao industrijskom standardu od 0-10V za kontrolni napon. Zener dioda ZF3V3 je zaštita od idiota, odnosno, pri dovođenju napona većeg od 10V na ulaz instrumenta, njegov operacioni pojačavač neće videti napon veći od 3,3V. Takođe u slučaju invertovanja ulaznog napona ulaz u op-amp biće ograničen na -0,7V.
Sledeća stavka je kolo koje formiraju operacioni pojačavač, N-mosfet i NPN tranzistor. U emiteru BC547 se nalazi precizni otpornik od 4,99k. Sa tog otpornika se uzima negativna povratna veza koja ide na primitivni pomerač nivoa sa dva otpornika od 1Mohm. Trimer potenciometar od 25k služi da se njime podesi strujni ofset, odnosno minimalna struja kroz kolektor tranzistora BC547, i ona treba da iznosi između 8-10mikroA. Izlaz operacionog pojačavača pogoni gejt mosfeta BSS91 (svakako može se koristiti BS170 ili bilo koji mosfet u TO92 kućištu) u čijem se sorsu i drejnu nalazi po jedan precizni otpornik od 10k. Ovi otpornici predstavljaju takođe primitivne pomerače nivoa. U ovom delu kola se koristi mosfet mesto NPN tranzistora obzirom da bi struja baze bipolarnog tranzistora činila da je pad napona na 10k otporniku ka -15V veći nego na onome ka +15V, te bi strujni ponor pravio veću struju od strujnog izvora, i ta bi se greška povećavala kako raste potrebna struja. Kako mosfet nema struju gejta (odnosno toliko je mala da ne unosi bitan pomeraj), on se nameće kao idealna komponenta za ovaj posao. Razmotrimo časkom kako ovo kolo radi. Pretpostavimo da je na neinvertujućem ulazu u operacioni pojačavač napon 1,00V, te da je kolektor BC547 spojen na masu ili + napon napajanja, apsolutno je svejedno. U težnji da izjednači napone na svojim ulazima (pošto je vezan u kolo sa negativnom povratnom spregom) operacioni pojačavač će podići svoj izlaz na dovoljan napon da otvori mosfet toliko da se na 10k otporniku u sorsu mosfeta pojavi pad napona od 2,7V. BC547 čija je baza spojena na sors mosfeta će početi da provodi toliku struju dok ne ostvari pad napona od 2V na otporniku od 4,99k u svom emiteru, odnosno (pod pretpostavkom da je struja emitera jednaka struji kolektora) kroz kolektor BC547 će poteći struja od 0,400mA. Ovaj pad napona će pomeriti balans na razdelniku koji formiraju otpornici od 1M, tako da se u tački povezanoj na invertujući ulaz op-ampa pojavi +1,00V prema masi. Time je uslov negativne povratne sprege ispunjen i op-amp srećan ko Bosanac u kupleraju.
Pretpostavimo sada da iz bilo kog razloga struja kroz BC547 pokuša da raste. Tada invertujući ulaz operacionog pojačavača ima veći napon od neinvertujućeg, te izlaz iz op-ampa pada dokle se ponovo ne uspostavi ravnoteža. Ovo važi za bilo kakav pokušaj promene struje kroz BC457. Stoga ovo kolo formira PONOR KONSTANTNE STRUJE. Jačina struje kroz kolektor BC547 srazmerna je naponu na VCF ulazu, te je stoga ovo naponom kontrolisani strujni izvor.
Pogledajmo još šta se dešava i u drejnu mosfeta. Neka su ispunjeni svi uslovi iz prethodnog pasusa, dakle kroz kolektor BC547 teče struja od 0,4mA, op-amp je uravnotežen i stanje je stacionarno. Takođe neka kolektor od PNP tranzistora BC557 bude spojen na masu (ili pak na negativnu granu napajanja, svejedno je). Ista struja koja teče kroz sors mosfeta će teći i kroz njegov drane, te će se na 10k otporniku u draneu pojaviti takođe pad napona od 2,7V, odnosno BC557 će kroz svoj kolektor pustiti toliku struju da svom emiterskom otporniku napravi pad napona od 2V, kako je taj otpornik takođe 4,99k, to će struja kroz BC557 iznositi takođe 0,4mA, naravno sa + predznakom, odnosno ovo će biti STRUJNI IZVOR. Obzirom da ne postoje dva ista tranzistora u smislu pojačanja, Ube napona, temperaturnog koeficijenta itd, to je na bazu BC557 kroz pomoćni ptpornik od 100k dovedena i izvesna mala struja ofseta koja se reguliše trimerom od 10k, u cilju izjednačavanja struja kroz kolektore BC547 i BC557. Takođe kako bi se anulirao uticaj promene UBe sa temperaturom poželjno je ova dva tranzistročića staviti u termičku spregu (namazati termalnom pastom i stegnuti ih u zajedničku bakrenu obujmicu). Praksa je ipak pokazala da za ovim nema preterane potrebe, te da je sasvim dovoljno da ova dva tranzistora budu jedan pored drugog na štampanom kolu.
Proces podešavanja kola:
1. Natrimovati otpornik od 30k na referentnom ulazu TL431 tako da se na vrućem kraju 10k potenciometra za regulaciju frekvencije pojavi napon od +10,0V.
2. Potenciometar okrenuti ulevo dok napon na njegovom klizaču ne padne na 0,0V.
3. Unimer u položaju 2mA, povezati negativnim vodom na kolektor BC547 a pozitivnim vodom na masu.
4. Nakon 15min rada u ovom režimu, okretanjme trimer potenciometra od 25k podesiti da unimer pokaže struju od 8-10uA (svakako je bolje ovo meriti na opsegu od 200uA).
5. Kolektor BC547 spojiti direktno na masu. Pozitivi vod unimera prebaciti na kolektor BC557 a negativni vod unimera spojiti na masu. Nakon 15minuta rada podesiti da unimer pokaže istu struju kolika je podešena u koraku 4.
*Svakako je bolje ako imate dva ista mikroampermetra, povezati ih u kolo istovremeno, te onda natrimovati struje kroz BC547 i BC557, naravno prvo kroz BC547, obzirom da je on u kolu povratne veze op-ampa, pa tek onda BC557 koji je samo feed-forward strujni izvor.
Šema ovog dela uređaja je data kao pdf. Molim Vas javite mi ako postoji ikakav problem sa otvaranjem pdfa.
P.S. Maksimalna struja koja može da teče kroz tranzistore, pri neinvertujućem ulazu op-ampa postavljenom na +2,5V, zavisi od otponika od 1M, te od otpornika od 4,99k u emiteru BC547, ali kreće se između 1 i 1,1mA. Dakle opseg promene struje kroz ovaj deo kola je 10uA do 1mA, odnosno 1:100, stoga se i frekvencija generatora menja u opsegu 1:100.
Pre svega za ovaj uređaj će vam biti potreban izvor stabilisanog napona od +15V, -15V (struja approx 150mA) i +18V i -18V za napajanje izlaznog stepena (struja approx 400mA). Sutra ću dati šemu napajanja onako kako sam je ja uradio, ali svakako ostavljam vama da izaberete kakvo ćete napajanje napraviti. Ono što je jedino bitno kod napajanja jeste da naponi moraju da budu SIMETRIČNI U ODNOSU NA MASU I STABILNI U OKVIRU +/-5mV.
Dakle ovaj prvi deo se sastoji od jedne četvrtine TL084 (ostale tri su drugim komponentama generatora), jednog N-kanalnog mosfeta, jednog PNP, jednog NPN tranzistora i jednog TL431.
Što se tiče TL431, ono sa otpornicima od 30k i 10k koji formiraju razdelnik na njegovom referentnom ulazu pravi šant regulator koji iza otpornika od 1k (koji ide na liniju od +15V) formira referentni napon za podešavanje učestanosti od 10,0V. Naravno koliki će taj napon biti tačno zavisi pre svega od preciznosti otpornika od 30k i 10k , kao i od same unutrašnje reference u TL431. Sa metal-oksidnim otpornicima od 0,25W, i 1% tolerancije ovaj napon bi sa svakim TL431 trebalo da se nađe u opsegu 9,80-10,20V. Referentni napon od 10V se vodi na 10-obrtni potenciometar od 10k (ja sam koristio Spectrol potenciometar). Naravno, to nije nužno ali jako olakšava podešavanje željene učestanosti.
Otpornik od 300k koji ide sa klizača ovog potenciometra na neinvertujući ulaz TL084 i otpornik od 100k formiraju zajedno razdelnik koji ovih 0-10V pretvara u 0-2,5V. Takođe sa VCF (Voltage Control Frequency) konektora na neinvertujući ulaz ide otpornik od 220k, i sa ostala dva otpornika (od 100k i 300k) formira razdelnik takav da 10V na ulazu odgovara 2,5V na operacionom pojačavaču. Sve je ovo rađeno da bi VCF ulaz odgovarao industrijskom standardu od 0-10V za kontrolni napon. Zener dioda ZF3V3 je zaštita od idiota, odnosno, pri dovođenju napona većeg od 10V na ulaz instrumenta, njegov operacioni pojačavač neće videti napon veći od 3,3V. Takođe u slučaju invertovanja ulaznog napona ulaz u op-amp biće ograničen na -0,7V.
Sledeća stavka je kolo koje formiraju operacioni pojačavač, N-mosfet i NPN tranzistor. U emiteru BC547 se nalazi precizni otpornik od 4,99k. Sa tog otpornika se uzima negativna povratna veza koja ide na primitivni pomerač nivoa sa dva otpornika od 1Mohm. Trimer potenciometar od 25k služi da se njime podesi strujni ofset, odnosno minimalna struja kroz kolektor tranzistora BC547, i ona treba da iznosi između 8-10mikroA. Izlaz operacionog pojačavača pogoni gejt mosfeta BSS91 (svakako može se koristiti BS170 ili bilo koji mosfet u TO92 kućištu) u čijem se sorsu i drejnu nalazi po jedan precizni otpornik od 10k. Ovi otpornici predstavljaju takođe primitivne pomerače nivoa. U ovom delu kola se koristi mosfet mesto NPN tranzistora obzirom da bi struja baze bipolarnog tranzistora činila da je pad napona na 10k otporniku ka -15V veći nego na onome ka +15V, te bi strujni ponor pravio veću struju od strujnog izvora, i ta bi se greška povećavala kako raste potrebna struja. Kako mosfet nema struju gejta (odnosno toliko je mala da ne unosi bitan pomeraj), on se nameće kao idealna komponenta za ovaj posao. Razmotrimo časkom kako ovo kolo radi. Pretpostavimo da je na neinvertujućem ulazu u operacioni pojačavač napon 1,00V, te da je kolektor BC547 spojen na masu ili + napon napajanja, apsolutno je svejedno. U težnji da izjednači napone na svojim ulazima (pošto je vezan u kolo sa negativnom povratnom spregom) operacioni pojačavač će podići svoj izlaz na dovoljan napon da otvori mosfet toliko da se na 10k otporniku u sorsu mosfeta pojavi pad napona od 2,7V. BC547 čija je baza spojena na sors mosfeta će početi da provodi toliku struju dok ne ostvari pad napona od 2V na otporniku od 4,99k u svom emiteru, odnosno (pod pretpostavkom da je struja emitera jednaka struji kolektora) kroz kolektor BC547 će poteći struja od 0,400mA. Ovaj pad napona će pomeriti balans na razdelniku koji formiraju otpornici od 1M, tako da se u tački povezanoj na invertujući ulaz op-ampa pojavi +1,00V prema masi. Time je uslov negativne povratne sprege ispunjen i op-amp srećan ko Bosanac u kupleraju.
Pretpostavimo sada da iz bilo kog razloga struja kroz BC547 pokuša da raste. Tada invertujući ulaz operacionog pojačavača ima veći napon od neinvertujućeg, te izlaz iz op-ampa pada dokle se ponovo ne uspostavi ravnoteža. Ovo važi za bilo kakav pokušaj promene struje kroz BC457. Stoga ovo kolo formira PONOR KONSTANTNE STRUJE. Jačina struje kroz kolektor BC547 srazmerna je naponu na VCF ulazu, te je stoga ovo naponom kontrolisani strujni izvor.
Pogledajmo još šta se dešava i u drejnu mosfeta. Neka su ispunjeni svi uslovi iz prethodnog pasusa, dakle kroz kolektor BC547 teče struja od 0,4mA, op-amp je uravnotežen i stanje je stacionarno. Takođe neka kolektor od PNP tranzistora BC557 bude spojen na masu (ili pak na negativnu granu napajanja, svejedno je). Ista struja koja teče kroz sors mosfeta će teći i kroz njegov drane, te će se na 10k otporniku u draneu pojaviti takođe pad napona od 2,7V, odnosno BC557 će kroz svoj kolektor pustiti toliku struju da svom emiterskom otporniku napravi pad napona od 2V, kako je taj otpornik takođe 4,99k, to će struja kroz BC557 iznositi takođe 0,4mA, naravno sa + predznakom, odnosno ovo će biti STRUJNI IZVOR. Obzirom da ne postoje dva ista tranzistora u smislu pojačanja, Ube napona, temperaturnog koeficijenta itd, to je na bazu BC557 kroz pomoćni ptpornik od 100k dovedena i izvesna mala struja ofseta koja se reguliše trimerom od 10k, u cilju izjednačavanja struja kroz kolektore BC547 i BC557. Takođe kako bi se anulirao uticaj promene UBe sa temperaturom poželjno je ova dva tranzistročića staviti u termičku spregu (namazati termalnom pastom i stegnuti ih u zajedničku bakrenu obujmicu). Praksa je ipak pokazala da za ovim nema preterane potrebe, te da je sasvim dovoljno da ova dva tranzistora budu jedan pored drugog na štampanom kolu.
Proces podešavanja kola:
1. Natrimovati otpornik od 30k na referentnom ulazu TL431 tako da se na vrućem kraju 10k potenciometra za regulaciju frekvencije pojavi napon od +10,0V.
2. Potenciometar okrenuti ulevo dok napon na njegovom klizaču ne padne na 0,0V.
3. Unimer u položaju 2mA, povezati negativnim vodom na kolektor BC547 a pozitivnim vodom na masu.
4. Nakon 15min rada u ovom režimu, okretanjme trimer potenciometra od 25k podesiti da unimer pokaže struju od 8-10uA (svakako je bolje ovo meriti na opsegu od 200uA).
5. Kolektor BC547 spojiti direktno na masu. Pozitivi vod unimera prebaciti na kolektor BC557 a negativni vod unimera spojiti na masu. Nakon 15minuta rada podesiti da unimer pokaže istu struju kolika je podešena u koraku 4.
*Svakako je bolje ako imate dva ista mikroampermetra, povezati ih u kolo istovremeno, te onda natrimovati struje kroz BC547 i BC557, naravno prvo kroz BC547, obzirom da je on u kolu povratne veze op-ampa, pa tek onda BC557 koji je samo feed-forward strujni izvor.
Šema ovog dela uređaja je data kao pdf. Molim Vas javite mi ako postoji ikakav problem sa otvaranjem pdfa.
P.S. Maksimalna struja koja može da teče kroz tranzistore, pri neinvertujućem ulazu op-ampa postavljenom na +2,5V, zavisi od otponika od 1M, te od otpornika od 4,99k u emiteru BC547, ali kreće se između 1 i 1,1mA. Dakle opseg promene struje kroz ovaj deo kola je 10uA do 1mA, odnosno 1:100, stoga se i frekvencija generatora menja u opsegu 1:100.