*** ISPRAVKA, za sve koji su skinuli pdf. nazvan FGPS. Postoji greška u crtanju. Ispravnjena verzija je FGPS1, koja je data na kraju ovog teksta***
Konačno uhvatih malo vremena, pa reko' da održim dato obećanje. Danas, šema napajanja generatora, sa objašnjenjem rada.
1. Trafo/grec/elektroliti od 1mF/50V... Da li ima potrebe da ovo objašnjavam? Možda bih samo pomenuo da zapamtite ovo sa otpornikom između dva elektrolita, masama u čvoru i možda čak i dodatkom jednog malog otpornika ispred greca, ka trafou. Ova napomena je od posebnog značaja za gospodu koja jedu leba od mikrokontrolera da vam se ne bi dešavalo da kad nešto istrese naponsku pikčinu u gradsku mrežu dobijete flashovan mikrokontroler i reklamaciju na posao. Dakle ulazni filter na 220V, masan kako bog zapoveda. Pa onda ispred greca otpornik, pa prvi elektrolit, pa otpornik pa drugi elektrolit (elkosi low esr, pa dekapling 1u blok preko svakog), pa onda 7805 ili šta već volite... Možda baš sve ovo nije ptorebno, ali je posledica mog 10 i Macolinog 35 godišnjeg iskustva, pa ako 'oćete verujte, ako nećete naučite na svojoj grbači.
2. LM317 rade kao stabilizatori +18 i +15V, i tu nema puno da se objašnjava. Trimer potenciometrima od 470R se izlazni napon može podešavati između 17 i 19V za granu od 18V odnosno između 14 i 16V za granu od 15V. Sada vidim veliku manu ovog rešenja, a to je ako vam zariba klizač na trimeru, onda napon na izlazu LM317 ode nebu pod oblake, i popali ostalu elektroniku. Svakako ovo se može prevazići tako što će se mesto tog trimera i redno njemu vezanog otpornika staviti otpornik kome će paralelno biti vezan trimer i redni otpornik. Na taj način se ograničava maksimalni izlazni napon u slučaju kidanja klizača od potenciometra. To tako rade profesionalci, i paranoici. Na celokupnoj šemi koju budem dao će biti ovakva konstrukcija.
Koga zanima teorija rada LM317, može da pogleda stranu 12. dokumenta iz linka: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf. Takođe pokojni National Semiconductor je imao sjajnu aplikacionu notu sa detaljnim objašnjenjem rada LM317 međutim nisam uspeo da je nađem na netu, ja imam samo 'papirnu' iz jedne njihove divne knjige koja se zove: 'Linear Data Book' iz 1976.god.
Napomenuću (početnicima) da obrate pažnju na kondenzatorčić od 10uF koji ide sa 'adj' pina LM317 na masu. Ovaj kondenzator u sadejstvu sa elektronikom unutar LM317 čini kapacitivni množač, čime se umanjuje brum na izlazu, postiže veći CMRR itd itd. Dakle datasheet i aplikacione note u šake pa da se malo uči elektronika. Toplo preporučujem i profesionalcima da se podsete unutrašnje šeme i teorije rada LM317. Vrlo korisno štivo.
Pre nego što počnem sa objašnjenjem rada kola za praćenje negativnog napona, samo da se ogradim zašto sam ovoliko komplikovao, pravio se pametan i jeo ----- k'o baba ratluk što Macola ima običaj da kaže. Standardno praćenje napona je relativno nesrećno primeniti na ovom kolu jer radi na poprilično visokom naponu te stoga vrlo lako može da se desi da spalite operacioni pojačavač čije je maksimalno napajanje u praksi oko 34-36V rail to rail. Zato se LM358 napaja između +18V koje drži LM317 i mase.
PNP tranzistori se napajaju sa +15V linije kako bi maksimalni izlaz iz LM358 mogao ne samo da ih ugasi već i reverzno biasuje toliko da kroz njih ne teče ama baš nikakva struja. Ni struja curenja.
3. Praćenje negativnog napona. Ovde je korišćen LM358 jer je jedan od najjeftinijih opampova dostupnih na tržištu pa je zbog toga moralo da se pribegne još nekim doradama kola. Polovina LM358 formira komparator napona koji poredi virtuelnu masu na razdelniku dva precizna otpornika 'razapeta' između +/-15V odnosno +/-18V sa pravom masom. Ovakva konfiguracija se još naziva i pojačavač greške. Minimalna greška potrebna da izazove dejstvo u ovakvom kolu za automatsko održavanje napona određena je parametrom koji se zove 'OPEN LOOP GAIN'. U prevodu što je OLG veći to će manja greška biti potrebna da izazove dejstvo automatike, i izlazni napon će biti stabilniji. Za ovakve svrhe se stoga koriste opampovi sa velikim OLG, koji su skupi i većina ne može da ih radi sa jednostrukim napajanjem (barem ne sa onim performansama koje su navedene u datasheetu). Izlaz iz komparatora pogoni jedan PNP tranzistor čime je faktički u pojačavač greške osim inverzije uvedeno i dodatno pojačanje odnosno OLG povećan toliko da se jedan običan mali, nikakav LM358 ponaša kao vrlo dobar op-amp, 10ak puta boljih performansi i 3-5x veće cene.
Kondenzatorčići od 22nf odnosno 56nF služe da u određenim uslovima kada se postigne odgovarajući fazni stav između ulaza i izlaza pojačavača greške spreče oscilovanje. Nađene vrednosti su takve da se zadrži pristojno vreme reagovanja a da ipak u svim uslovima u kojima kolo može da se nađe ne dolazi do samoosvilovanja. Oni koji su pratili teme vezane za SMPS i generalno tehniku napajanja su primetili da se postavljanjem ovog kondenzatora u povratnu vezu dobija nešto u automatici poznato kao PI regulator (proporcionalno integralni). Koga budu detaljnije zanimale automatske petlje, fazni uslovi oscilovanja, tipovi automatske regulacije itd, može da me kontaktira na PP, ili pak da otvorimo novu temu, obzirom da je to posebna nauka za sebe i makar i najjednostavnija objašnjenja bi iskasapila priču o generatoru funkcija.
Struja koju daje PNP tranzistor (obratite pažnju da je on faktički strujni izvor, teret mu je u kolektoru), se koristi za pogon relativno snažnog NPN tranzistora koji je vezan i malo nestandardnom režimu. On takođe radi kao strujni izvor. Ovo rešenje se može videti u literaturi u nečemu što se zove LOW DROPOUT REGULATOR odnosno LDO, iz razloga što je regulacija moguća dokle god je razlika između ulaznog i izlaznog napona veća od Uce(sat) (saturacionog napona tranzistora) za datu kolektorsku struju.
Konačno celo kolo koje formiraju polovina LM358, PNP i NPN tranzistor daju naponom kontrolisani strujni izvor, koji će dati struju toliku da na opterećenju povezanom u kolo ostvari napon jednak pozitivnom naponu napajanja, ali suprotnog predznaka. Naravno obzirom da je u pitanju sturjni izvor, on ne sme da radi bez opeterećenja, ali kako već precizni otpornici kojima se vrši poređenje pozitivnih i negativnih grana predstavljaju dovoljno opterećenje, ovo kolo radi perfektno. Precizni otpornici podrazumeva metalfilm otpornike od 0,25W i tolerancijom od 1%. Svakako fino trimovanje, ako vam smeta razlika od 1-2mV, može se izvršiti finom turpijicom... O ovome će biti reči kasnije.
Kako je postignut OLG prilično visok, napon na izlazu negativne grane varira oko 200uV između nultog i punog opterećenja od 400mA za 18V granu odnosno 200mA za 15V granu. Prilično lepo složićete se.
Stabilnst pozitivnog napona je određena internom strukturom LM317 i više je nego dovoljna za ove svrhe.
Konačno, ovo se zove kolo za 'praćenje' napona jer je negativni napon na izlazu savršeno jednak pozitivnom naponu na ulazu (naravno suprotnog predznaka). Stoga jednim potenciometrom (povezanim na LM317) istovremeno podešavate pozitivni i negativni napon.
P.S. Sad primećujem da je i ovaj deo kola mogao da se poboljša dodavanjem jednog otpornika i jednog elektrolita u kolo snažnog NPN tranzistora, čime bi se i ovde formirao kapacitivni množač i ostvarile još bolje performanse po pitanju potiskivanja bruma, no to će svakako promeniti fazni dijagram povratne veze pa će biti potreba PID kompenzacija, čije parametre trenutno nemam. Izvršiću eksperimente u narednih par dana i dobijenu šemu ću predstaviti u okviru krajnje šeme generatora.
P.P.S. Principijelno, ono što sam pisao pod 2. u vezi sa paranojom oko trimer potenciometra za štelovanje napona i ovo što sam napisao u P.S. u vezi sa dodavanjem još jednog kapacitivnog množača je iživljavanje potrebno ako planirate da ovaj generator funkcije koristite u recimo NASA-i pa od njegovog rada zavise životi par astronauta i bruka 3*10^8 debelih Amerikanaca željnih da pobede 'Those damn Commies' u trci na Mesec... Mars. Šta god. Naprava i bez tih dodataka radi perfektno u nekoliko uređaja koje sam napravio i u kojima su mi trebali slični pozitivni i negativni naponi istih vrednosti.
Daleko bilo, sad mi pade na pamet da je jedno ovakvo napajanje i u uređaju za merenje preiode nuklearnog reaktora, i da nikako nije dobro da se onaj klizač na trimeru od LM317 otkači. Hahahahahahahahaa
P.P.P.S. Šalim se naravno, ovo za reaktor, takvi uređaji imaju nešto što se zove go/no go izalz i power good kolo koji služe da u bilo kakvoj hazardnoj situaciji ako izostanu go/no go signal i/ili power good signal istog momenta pokreću sekvencu koja ubija izvršni element.
Konačno uhvatih malo vremena, pa reko' da održim dato obećanje. Danas, šema napajanja generatora, sa objašnjenjem rada.
1. Trafo/grec/elektroliti od 1mF/50V... Da li ima potrebe da ovo objašnjavam? Možda bih samo pomenuo da zapamtite ovo sa otpornikom između dva elektrolita, masama u čvoru i možda čak i dodatkom jednog malog otpornika ispred greca, ka trafou. Ova napomena je od posebnog značaja za gospodu koja jedu leba od mikrokontrolera da vam se ne bi dešavalo da kad nešto istrese naponsku pikčinu u gradsku mrežu dobijete flashovan mikrokontroler i reklamaciju na posao. Dakle ulazni filter na 220V, masan kako bog zapoveda. Pa onda ispred greca otpornik, pa prvi elektrolit, pa otpornik pa drugi elektrolit (elkosi low esr, pa dekapling 1u blok preko svakog), pa onda 7805 ili šta već volite... Možda baš sve ovo nije ptorebno, ali je posledica mog 10 i Macolinog 35 godišnjeg iskustva, pa ako 'oćete verujte, ako nećete naučite na svojoj grbači.
2. LM317 rade kao stabilizatori +18 i +15V, i tu nema puno da se objašnjava. Trimer potenciometrima od 470R se izlazni napon može podešavati između 17 i 19V za granu od 18V odnosno između 14 i 16V za granu od 15V. Sada vidim veliku manu ovog rešenja, a to je ako vam zariba klizač na trimeru, onda napon na izlazu LM317 ode nebu pod oblake, i popali ostalu elektroniku. Svakako ovo se može prevazići tako što će se mesto tog trimera i redno njemu vezanog otpornika staviti otpornik kome će paralelno biti vezan trimer i redni otpornik. Na taj način se ograničava maksimalni izlazni napon u slučaju kidanja klizača od potenciometra. To tako rade profesionalci, i paranoici. Na celokupnoj šemi koju budem dao će biti ovakva konstrukcija.
Koga zanima teorija rada LM317, može da pogleda stranu 12. dokumenta iz linka: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf. Takođe pokojni National Semiconductor je imao sjajnu aplikacionu notu sa detaljnim objašnjenjem rada LM317 međutim nisam uspeo da je nađem na netu, ja imam samo 'papirnu' iz jedne njihove divne knjige koja se zove: 'Linear Data Book' iz 1976.god.
Napomenuću (početnicima) da obrate pažnju na kondenzatorčić od 10uF koji ide sa 'adj' pina LM317 na masu. Ovaj kondenzator u sadejstvu sa elektronikom unutar LM317 čini kapacitivni množač, čime se umanjuje brum na izlazu, postiže veći CMRR itd itd. Dakle datasheet i aplikacione note u šake pa da se malo uči elektronika. Toplo preporučujem i profesionalcima da se podsete unutrašnje šeme i teorije rada LM317. Vrlo korisno štivo.
Pre nego što počnem sa objašnjenjem rada kola za praćenje negativnog napona, samo da se ogradim zašto sam ovoliko komplikovao, pravio se pametan i jeo ----- k'o baba ratluk što Macola ima običaj da kaže. Standardno praćenje napona je relativno nesrećno primeniti na ovom kolu jer radi na poprilično visokom naponu te stoga vrlo lako može da se desi da spalite operacioni pojačavač čije je maksimalno napajanje u praksi oko 34-36V rail to rail. Zato se LM358 napaja između +18V koje drži LM317 i mase.
PNP tranzistori se napajaju sa +15V linije kako bi maksimalni izlaz iz LM358 mogao ne samo da ih ugasi već i reverzno biasuje toliko da kroz njih ne teče ama baš nikakva struja. Ni struja curenja.
3. Praćenje negativnog napona. Ovde je korišćen LM358 jer je jedan od najjeftinijih opampova dostupnih na tržištu pa je zbog toga moralo da se pribegne još nekim doradama kola. Polovina LM358 formira komparator napona koji poredi virtuelnu masu na razdelniku dva precizna otpornika 'razapeta' između +/-15V odnosno +/-18V sa pravom masom. Ovakva konfiguracija se još naziva i pojačavač greške. Minimalna greška potrebna da izazove dejstvo u ovakvom kolu za automatsko održavanje napona određena je parametrom koji se zove 'OPEN LOOP GAIN'. U prevodu što je OLG veći to će manja greška biti potrebna da izazove dejstvo automatike, i izlazni napon će biti stabilniji. Za ovakve svrhe se stoga koriste opampovi sa velikim OLG, koji su skupi i većina ne može da ih radi sa jednostrukim napajanjem (barem ne sa onim performansama koje su navedene u datasheetu). Izlaz iz komparatora pogoni jedan PNP tranzistor čime je faktički u pojačavač greške osim inverzije uvedeno i dodatno pojačanje odnosno OLG povećan toliko da se jedan običan mali, nikakav LM358 ponaša kao vrlo dobar op-amp, 10ak puta boljih performansi i 3-5x veće cene.
Kondenzatorčići od 22nf odnosno 56nF služe da u određenim uslovima kada se postigne odgovarajući fazni stav između ulaza i izlaza pojačavača greške spreče oscilovanje. Nađene vrednosti su takve da se zadrži pristojno vreme reagovanja a da ipak u svim uslovima u kojima kolo može da se nađe ne dolazi do samoosvilovanja. Oni koji su pratili teme vezane za SMPS i generalno tehniku napajanja su primetili da se postavljanjem ovog kondenzatora u povratnu vezu dobija nešto u automatici poznato kao PI regulator (proporcionalno integralni). Koga budu detaljnije zanimale automatske petlje, fazni uslovi oscilovanja, tipovi automatske regulacije itd, može da me kontaktira na PP, ili pak da otvorimo novu temu, obzirom da je to posebna nauka za sebe i makar i najjednostavnija objašnjenja bi iskasapila priču o generatoru funkcija.
Struja koju daje PNP tranzistor (obratite pažnju da je on faktički strujni izvor, teret mu je u kolektoru), se koristi za pogon relativno snažnog NPN tranzistora koji je vezan i malo nestandardnom režimu. On takođe radi kao strujni izvor. Ovo rešenje se može videti u literaturi u nečemu što se zove LOW DROPOUT REGULATOR odnosno LDO, iz razloga što je regulacija moguća dokle god je razlika između ulaznog i izlaznog napona veća od Uce(sat) (saturacionog napona tranzistora) za datu kolektorsku struju.
Konačno celo kolo koje formiraju polovina LM358, PNP i NPN tranzistor daju naponom kontrolisani strujni izvor, koji će dati struju toliku da na opterećenju povezanom u kolo ostvari napon jednak pozitivnom naponu napajanja, ali suprotnog predznaka. Naravno obzirom da je u pitanju sturjni izvor, on ne sme da radi bez opeterećenja, ali kako već precizni otpornici kojima se vrši poređenje pozitivnih i negativnih grana predstavljaju dovoljno opterećenje, ovo kolo radi perfektno. Precizni otpornici podrazumeva metalfilm otpornike od 0,25W i tolerancijom od 1%. Svakako fino trimovanje, ako vam smeta razlika od 1-2mV, može se izvršiti finom turpijicom... O ovome će biti reči kasnije.
Kako je postignut OLG prilično visok, napon na izlazu negativne grane varira oko 200uV između nultog i punog opterećenja od 400mA za 18V granu odnosno 200mA za 15V granu. Prilično lepo složićete se.
Stabilnst pozitivnog napona je određena internom strukturom LM317 i više je nego dovoljna za ove svrhe.
Konačno, ovo se zove kolo za 'praćenje' napona jer je negativni napon na izlazu savršeno jednak pozitivnom naponu na ulazu (naravno suprotnog predznaka). Stoga jednim potenciometrom (povezanim na LM317) istovremeno podešavate pozitivni i negativni napon.
P.S. Sad primećujem da je i ovaj deo kola mogao da se poboljša dodavanjem jednog otpornika i jednog elektrolita u kolo snažnog NPN tranzistora, čime bi se i ovde formirao kapacitivni množač i ostvarile još bolje performanse po pitanju potiskivanja bruma, no to će svakako promeniti fazni dijagram povratne veze pa će biti potreba PID kompenzacija, čije parametre trenutno nemam. Izvršiću eksperimente u narednih par dana i dobijenu šemu ću predstaviti u okviru krajnje šeme generatora.
P.P.S. Principijelno, ono što sam pisao pod 2. u vezi sa paranojom oko trimer potenciometra za štelovanje napona i ovo što sam napisao u P.S. u vezi sa dodavanjem još jednog kapacitivnog množača je iživljavanje potrebno ako planirate da ovaj generator funkcije koristite u recimo NASA-i pa od njegovog rada zavise životi par astronauta i bruka 3*10^8 debelih Amerikanaca željnih da pobede 'Those damn Commies' u trci na Mesec... Mars. Šta god. Naprava i bez tih dodataka radi perfektno u nekoliko uređaja koje sam napravio i u kojima su mi trebali slični pozitivni i negativni naponi istih vrednosti.
Daleko bilo, sad mi pade na pamet da je jedno ovakvo napajanje i u uređaju za merenje preiode nuklearnog reaktora, i da nikako nije dobro da se onaj klizač na trimeru od LM317 otkači. Hahahahahahahahaa
P.P.P.S. Šalim se naravno, ovo za reaktor, takvi uređaji imaju nešto što se zove go/no go izalz i power good kolo koji služe da u bilo kakvoj hazardnoj situaciji ako izostanu go/no go signal i/ili power good signal istog momenta pokreću sekvencu koja ubija izvršni element.