Prośba o wyjaśnienie wpływu elementów układu źródła prądowego na wzmacniaczu operacyjnym, na prąd źródła

[juiks]

Cześć,
próbuję dojść do ładu z zasilaniem bargrafu Nixie, i o ile układ działa, mam dziwne wrażenie że to bardziej przypadek niż wynikająca z obliczeń zależność bo pomiary ich nie potwierdzają. 
Według noty katalogowej, maksymalny prąd bargrafu, przy którym świeci w całości, to 12mA. Optymalne napięcie pracy 140-170V.
Lampy te wymagają czasem 'wypalenia' żeby świeciły równomiernie i żeby słupek startował z właściwej strony. W tym celu zaleca się zasilenie bargrafu prądem do dwóch razy większym na kilka godzin. Są też teorie żeby proces wykonywać przy napięciu przekraczającym 200V.
Na razie jakby staram się zrozumieć jak działa takie źródło prądowe. Załóżmy że:
1. Wszystkie parametry będą jak na schemacie, (R2 to bargraf, symbolicznie jako rezystor choć nie znam wartości rezystancji - znalazłem w sieci wzmiankę, że może dochodzić do 400R). Prąd takiego źródła liczy się dzieląc 1V/83.5R, co da mi z grubsza 12mA. Jak to jest z tymi źródłami prądowymi, czy one 'wymuszają' prąd płynący przez obciążenie czy po prostu podają obliczoną wartość prądu a obciążenie może wtedy pobrać ile mu trzeba ale nie więcej niż właśnie ta wartość?
2. Czy jeżeli zmniejszę R1 o połowę, to wymuszę w bargrafie przepływ dwukrotnie większego niż maksymalny prądu? No bo jakby o to chyba właśnie chodzi w tym 'wypalaniu'? Czy też dalej będzie to 12mA?
3. Czy jeżeli zmienię napięcie V2, zasilające bargraf, do powiedzmy 240V to będzie to miało jakieś znaczenie w kontekście obliczeń? Bo w zasadzie prąd źródła oblicza się chyba w oparciu o napięcie na wejściu odwracającym, które jest równe V1? 
4. Dlaczego w zmontowanym układzie bargraf i tak świeci w całości już przy 8mA, bez względu na napięcie (zmieniałem od 140V do 200V, bargraf zachowywał się w zasadzie tak samo) i lekko pulsuje? Zasilam to z przetwornicy step-up, (to V2 na schemacie) czy może być tak że ona po prostu nie potrafi wycisnąć odpowiednio dużego prądu dla bargrafu?

Pozdrawiam,

Edytowano 29 lutego przez juiks

[Sylba]

Nie wypowiadam się ws. bargrafu ani jego użytkowania.

Schemat pokazuje układ z wzmacniaczem operacyjnym pracującym jako komparator, który stara się utrzymać napięcie emitera na poziomie V1=1V.

Dlatego IR1= Ve/R1=1/83,5=12mA. Od razu widać, że zmniejszenie rezystancji R1 o połowę zwiększy dwukrotnie wartość prądu. Prąd kolektora będzie równy w przybliżeniu prądowi emitera. LT Spice dla podanego schematu pokazuje takie parametry punktu pracy:

V(n002):     1     voltage
V(n003):     12     voltage
V(n001):     170     voltage
V(ve):     0.999998     voltage
V(vc):     169.988     voltage
V(vb):     1.83819     voltage
Ic(Q1):     0.0118575     device_current
Ib(Q1):     0.000118575     device_current
Ie(Q1):     -0.0119761     device_current
I(R2):     0.0118574     device_current
I(R1):     0.011976     device_current
I(V2):     -0.0118574     device_current
I(V3):     -2.2e-008     device_current
I(V1):     1e-008     device_current
Ix(u1:1):     -1e-008     subckt_current
Ix(u1:2):     -1e-008     subckt_current
Ix(u1:3):     2.2e-008     subckt_current
Ix(u1:4):     -2e-009     subckt_current
Ix(u1:5):     -0.000118573     subckt_current

Gdy zmienimy rezystancję R1 do wartości 39R parametry w punkcie pracy powinny być podobne do tych poniżej:

V(n002):     1     voltage
V(n003):     12     voltage
V(n001):     170     voltage
V(ve):     0.999998     voltage
V(vc):     169.975     voltage
V(vb):     1.85788     voltage
Ic(Q1):     0.0253871     device_current
Ib(Q1):     0.000253871     device_current
Ie(Q1):     -0.025641     device_current
I(R2):     0.0253871     device_current
I(R1):     0.025641     device_current
I(V2):     -0.0253871     device_current
I(V3):     -2.2e-008     device_current
I(V1):     1e-008     device_current
Ix(u1:1):     -1e-008     subckt_current
Ix(u1:2):     -1e-008     subckt_current
Ix(u1:3):     2.2e-008     subckt_current
Ix(u1:4):     -2e-009     subckt_current
Ix(u1:5):     -0.000253871     subckt_current

W obu przypadkach wzmocnienie prądowe tranzystora wynosi ok. 100.
 

[jand]

1 godzinę temu, Sylba napisał:

układ z wzmacniaczem operacyjnym pracującym jako komparator

To nie jest komparator - komparator tworzy na wyjściu sygnał cyfrowy (stan wysoki - niski).

Dnia 29.02.2024 o 21:49, juiks napisał:

czy one 'wymuszają' prąd płynący przez obciążenie

Właśnie tak. Do momentu nasycenia tranzystora, czyli oporność R2 musi być mniejsza od (170-1)V/12mA

 

Dnia 29.02.2024 o 21:49, juiks napisał:

Czy jeżeli zmniejszę R1 o połowę, to wymuszę w bargrafie przepływ dwukrotnie większego niż maksymalny prądu?

Tak.

Dnia 29.02.2024 o 21:49, juiks napisał:

Czy jeżeli zmienię napięcie V2, zasilające bargraf, do powiedzmy 240V

Prąd nie ulegnie zmianie. Trzeba tylko zastosować tranzystor który to wytrzyma.

Dnia 29.02.2024 o 21:49, juiks napisał:

świeci w całości już przy 8mA, bez względu na napięcie (zmieniałem od 140V do 200V

Po to stosujemy źródło prądowe, by wartość prądu nie zależała od napięcia.

[Sylba]

Dnia 29.02.2024 o 21:49, juiks napisał:

4. Dlaczego w zmontowanym układzie bargraf i tak świeci w całości już przy 8mA, bez względu na napięcie (zmieniałem od 140V do 200V, bargraf zachowywał się w zasadzie tak samo) i lekko pulsuje? Zasilam to z przetwornicy step-up, (to V2 na schemacie) czy może być tak że ona po prostu nie potrafi wycisnąć odpowiednio dużego prądu dla bargrafu?

Prawdopodobnie parametry zasilania są  niewłaściwe. Trudno się odnieść do tego bez danych o bargrafie, który posiadasz. W internecie można znaleźć materiały o konkretnych elementach Nixie. Może ten załącznik ze strony http://www.tube-tester.com/sites/nixie/dat_arch/IN-13.pdf ci pomoże. IN-13.pdf

I jeszcze taki schemat układu pomiarowego do badania rezystancji pasożytniczych (to te czerwone rezystory) powstających w lampach podczas ich użytkowania.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[jand]

Dnia 29.02.2024 o 21:49, juiks napisał:

Zasilam to z przetwornicy step-up, (to V2 na schemacie) czy może być tak że ona po prostu nie potrafi wycisnąć odpowiednio dużego prądu dla bargrafu?

Trudno powiedzieć bez znajomości tej konkretnej przetwornicy. Pulsowanie jasności może świadczyć o tym, że włącza się jakieś zabezpieczenie w przetwornicy, np. nadprądowe.

[juiks]

Dziękuję Wam za odpowiedzi. 
 

Dnia 2.03.2024 o 16:24, Sylba napisał:

Prawdopodobnie parametry zasilania są  niewłaściwe. Trudno się odnieść do tego bez danych o bargrafie, który posiadasz. W internecie można znaleźć materiały o konkretnych elementach Nixie. Może ten załącznik ze strony http://www.tube-tester.com/sites/nixie/dat_arch/IN-13.pdf ci pomoże. IN-13.pdf

Dziękuję za link. Stronkę znam od dawna, ten załącznik który podlinkowałeś dotyczy bargrafu IN-13. Jest on nieco większy i ma dodatkową katodę 'polaryzującą'. Z tymi bargrafami nieco łatwiej się pracuje ale mój, żeby nie było za łatwo, to IN-9. Jest znany z braku pokory 🙂 Dodatkowo, występuje w wersjach różowej (argon) i pomarańczowej (neon) i chyba tylko producent zza wschodniej granicy, umiałby określić jednoznacznie jak je rozpoznać bez testowania. Prąd maksymalny IN-9 wg noty katalogowej którą posiadam to 12mA.
 

Dnia 2.03.2024 o 17:03, jand napisał:

Trudno powiedzieć bez znajomości tej konkretnej przetwornicy. Pulsowanie jasności może świadczyć o tym, że włącza się jakieś zabezpieczenie w przetwornicy, np. nadprądowe.

Właśnie w zasilaniu upatruję przyczyny tego migotania, no i faktu że amperomierz pokazuje niecałe 9mA, pomimo że bargraf świeci na całej długości. 
Staram się nieco poszerzyć wiedzę o przetwornicach impulsowych, żeby się w tych podejrzeniach upewnić, ale to też niestety temat ocean.  
Jak na razie stawiam na zbyt słabą przetwornicę. To chińczyk na układzie 3845. Skłaniałbym się ku stwierdzeniu, że nie daje rady po prostu i stąd pulsacje. Użyłem podobnej do zasilania innego urządzenia z lampami Nixie, i byłem zadowolony, jednak umknęło mi że pobór prądu zwykłej lampy Nixie to około 2,5mA a bargraf potrzebuje pięć razy tyle. Zasilałem ją 12V, może jeszcze spróbuję podać 24V na wejście?
Nabyłem na Ali, szukałem nawet jakiegoś schematu tego wynalazku, żeby może coś pokombinować, ale bezowocnie (znalazłem kilka schematów ale rzut oka na elementy prowadził do wniosku że to nie to). Wrzucam link, może ktoś z Was używał i rozpozna chociaż po wyglądzie 🙂

Przekopuję obecnie internet i noty katalogowe różnych regulatorów impulsowych (34063, 3845, LT3757, LM2588 itd) w poszukiwaniu jakiegoś sensownego schematu, i o ile z grubsza wiem gdzie dzwonią, nie udało mi się znaleźć aplikacji któregokolwiek z tych układów w wersji na więcej niż 52V na wyjściu. Odpaliłem symulację LT3757 z elementami obliczonymi wg wzorów z noty katalogowej, ale zakończyła się fiaskiem. 

Czy ktoś z Was, dysponuje może linkiem do sprawdzonej (albo przynajmniej obiecującej) przetwornicy 170V/100mA? Może być nawet na NE555 (takie schematy też już widziałem, jednak o ile generator ogarnąłem, o tyle część 'przetwarzająca' była już dla mnie niezrozumiała, a chciałbym jednak wiedzieć jak działa to co montuję)
A może znacie jakieś źródło informacji/bazę danych regulatorów impulsowych dostępnych w obecnych czasach na rynku, żeby poczytać, porównać i może jakoś ruszyć dalej?

Pozdrawiam,

Edytowano 4 marca przez juiks

[jand]

2 godziny temu, juiks napisał:

Przekopuję obecnie internet

Pewnie to kwestia sformułowania odpowiedniego zapytania.

Może to lub to się przyda.

Edytowano 4 marca przez jand

[Sylba]

2 godziny temu, juiks napisał:

mój, żeby nie było za łatwo, to IN-9.

Może tu jest odpowiedź na twoje problemy https://github.com/RCS101/Nixie-Bargraph-Driver?

[juiks]

Dziękuję Wam za linki, przeczytałem, zwłaszcza ten schemat jest już w miarę blisko tego czego szukam.
 
Trudność polega na tym, że większość tych wysokonapięciowych wersji przetwornic jest projektowana pod lampy a nie pod bargrafy i tam wydajność prądowa rzędu 45mA w zupełności wystarcza. Ja potrzebuję zasilić 8 bargrafów, co oznacza około 100mA poboru prądu. 

Może zatem zapytam jeszcze inaczej. W jaki sposób można zwiększyć wydajność takiej przetwornicy z 45mA (zadeklarowane przez autora schematu) do 100mA?
Mogę ją zasilić albo 12V albo 24V (wchodzą w grę obydwie opcje, jeżeli to ma znaczenie w kontekście prądu wyjściowego). Napięcie rozruchowe bargrafu 170V, napięcie pracy 140V. 

Pozdrawiam,

Edytowano 9 marca przez juiks

[jand]

Nie wydaje mi się, by ta przetwornica miałaby mieć ograniczenie do 45mA. Zauważ, że opornik wykrywający prąd (R1) jest podany w trzech wariantach 0,33, 0,25 i 0,2 ohma, czyli wartości prądu mogą być różne. Zastosuj ten ostatni - 0,2 ohm - i pewnie dostaniesz wymagane 100mA. Tranzystor IRF740 powinien to wytrzymać.

Jeśli masz wybór to zasil przetwornicę z 24V  - tranzystor będzie mniej obciążony.

[juiks]

A czy jeżeli dam jeszcze mniejszy, powiedzmy 0,1 Ohm, to zwiększy to szanse na oczekiwany prąd wyjściowy czy jedynie rozstroi cały układ? Z tego co widzę, z jakiegoś powodu ma się na nim odkładać 0,3V?
Na jakie parametry powinienem zwracać uwagę dobierając tranzystor Mosfet? 
Napięcie? Prąd? Częstotliwość pracy (przełączania)? Temperatura? 
Mógłbym prosić o kilka słów wytłumaczenia jak te parametry są powiązane z oczekiwaniami dotyczącymi całej przetwornicy?  

[jand]

10 godzin temu, juiks napisał:

z jakiegoś powodu ma się na nim odkładać 0,3V

Ten układ jest tak zaprojektowany, że przy 0,3V pomiędzy nóżkami 6 i 7 włącza się zabezpieczenie nadprądowe. Jeśli zastosujesz 0,1 ohma, to będzie to 3A. 

 

10 godzin temu, juiks napisał:

Na jakie parametry powinienem zwracać uwagę dobierając tranzystor Mosfet? 
Napięcie? Prąd? Częstotliwość pracy (przełączania)? Temperatura? 

Wszystkie one mają znaczenie. Napięcie i prąd by nie uszkodzić tranzystora, częstotliwość pracy by tranzystor się nie przegrzał, a przetwornica miała lepszą sprawność.

Wyciskając z przetwornicy coraz więcej prądu trzeba będzie w pewnym momencie zwiększyć wartość kondensatora wyjściowego (by tętnienia na wyjściu nie były zbyt duże) oraz pilnować by dławik pracował poniżej swojego prądu nasycenia. A tranzystorowi zafundować radiator.

[juiks]

Dziękuję za odpowiedź,
 

Dnia 2.03.2024 o 17:03, jand napisał:

Trudno powiedzieć bez znajomości tej konkretnej przetwornicy. Pulsowanie jasności może świadczyć o tym, że włącza się jakieś zabezpieczenie w przetwornicy, np. nadprądowe.

Wracając jeszcze do pierwszego posta i tej chińskiej przetwornicy, zasiliłem ją 24V/2A i udało się na jej wyjściu ustawić w miarę stabilne napięcie 140V pod obciążeniem oraz uzyskać 12mA ze źródła prądowego o które pytałem na początku. Zatem to napięcie (12V) na wejściu nie pozwalało uzyskać oczekiwanych parametrów. Im więcej czytam o przetwornicach tym mniej mnie to dziwi, ale nie znając schematu tego urządzenia pozostawało jedynie zgadywać na jakie optymalne parametry zostało wyliczone. 

 

Dnia 10.03.2024 o 23:01, jand napisał:

Wszystkie one mają znaczenie. Napięcie i prąd by nie uszkodzić tranzystora, częstotliwość pracy by tranzystor się nie przegrzał, a przetwornica miała lepszą sprawność.

Wyciskając z przetwornicy coraz więcej prądu trzeba będzie w pewnym momencie zwiększyć wartość kondensatora wyjściowego (by tętnienia na wyjściu nie były zbyt duże) oraz pilnować by dławik pracował poniżej swojego prądu nasycenia. A tranzystorowi zafundować radiator.

Zamówiłem IRF740 i kilka różnych cewek, 100uH, 220uH, 330uH jakby mi przyszło jednak coś przeprojektowywać. Zamiast diody BAV21 spróbuję użyć UF4007. Zamiast MPSA55 znalazłem MPSA56. Resztę elementów postaram się zdobyć zgodnie ze schematem i zobaczę czy urządzenie do mnie zagada. Mam jeszcze pytanie w kwestii regulacji napięcia wyjściowego. Gdybym chciał takową zrealizować, czy rozwiązaniem będzie potencjometr szeregowo z R3? Czy jakoś inaczej należy to rozwiązać?  

 

Dnia 9.03.2024 o 20:54, jand napisał:

Jeśli masz wybór to zasil przetwornicę z 24V  - tranzystor będzie mniej obciążony.

Mam wybór, i nawet wolałbym tak zrobić, bo 24V przyda mi się też w innych miejscach docelowego urządzenia. Myślałem też, by skorygować nieco R3, tak by na wyjściu uzyskać 140V. Autor schematu przetwornicy zaproponował na wejściu 9-18V. Czy jeżeli podam 24V, nie spowoduje to konieczności przeliczenia reszty elementów? (Niższe napięcie wyjścia, wyższe niż zalecane napięcie wejścia)

Czy znacie może jakieś wiarygodne źródło informacji, które podaje jak wyliczyć wszystkie elementy przetwornicy na 34063 z zewnętrznym Mosfetem? Nota katalogowa podaje takowe ale jedynie dla podstawowej konfiguracji. Jak wpływa na te obliczenia dołożenie zewnętrznego obwodu klucza?

Pozdrawiam,

Edytowano 15 marca przez juiks

[jand]

Napięcie wyjściowe przetwornicy określa dzielnik napięciowy R3/R4 - napięcie wyjściowe ustali się na takiej wartości, dla której napięcie na nóżce 5 scalaka będzie wynosić 1,25V. 

Najbezpieczniej wstawić potencjometr 1k pomiędzy R4 a R5 i z suwaka pobrać napięcie. Wartości R4 i R5 trzeba wtedy skorygować w zależności od żądanego zakresu regulacji.

Przy nieco większym napięciu zasilania przetwornica będzie pobierać trochę mniej prądu, a więc ew. można skorygować wartości oporników od zabezpieczenia prądowego. Dławik też powinien być trochę większy.

1 godzinę temu, juiks napisał:

Jak wpływa na te obliczenia dołożenie zewnętrznego obwodu klucza?

Obliczenia takich elementów jak dławik, czy kondensator nie zależą w zasadzie od obecności zewnętrznego tranzystora. On tylko wspomaga prądowo tranzystor wewnętrzny.

1 godzinę temu, juiks napisał:

kilka różnych cewek, 100uH, 220uH, 330uH

Myślę, że to dobry pomysł. Mam nadzieję, że zwróciłeś uwagę, by miały one odpowiednio duży prąd nasycenia rdzenia.

[juiks]

Dziękuję za odpowiedź. 
 

16 godzin temu, jand napisał:

Najbezpieczniej wstawić potencjometr 1k pomiędzy R4 a R5 i z suwaka pobrać napięcie. Wartości R4 i R5 trzeba wtedy skorygować w zależności od żądanego zakresu regulacji.

Czy masz na myśli dodanie potencjometru 1k w szereg z R4? Bo nie jestem pewien czym jest cytowane przez Ciebie R5? 
 

16 godzin temu, jand napisał:

Myślę, że to dobry pomysł. Mam nadzieję, że zwróciłeś uwagę, by miały one odpowiednio duży prąd nasycenia rdzenia.

Tak, prąd nasycenia rdzenia cewek to 1,2A. Czy przy oczekiwanym prądzie wyjściowym 100mA, to wystarczający margines?