Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Układy półprzewodnikowe pełniące ważne funkcje pomocnicze w układach lampowych.

Moderatorzy: gsmok, Romekd, tszczesn

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 4869
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Romekd »

Czołem.
Wykonując pomiary parametrów wzmacniaczy lampowych (mierząc zniekształcenia, szumy, mikrofonowanie i inne sygnały o małym poziomie) niezbędny w moich pracach okazał się stabilizator napięcia o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów. Moje zasilacze lampowe typu Z-5001 od jakiegoś czasu generują na wyjściach niewielkie zakłócenia (wydaje mi się, że kiedyś ich nie obserwowałem), leżące w paśmie akustycznym. Ich częstotliwość potrafi zmieniać się w zależności od ustawionych parametrów (i występującego w danym momencie obciążenia wyjścia) w przedziale od kilkuset herców do kilku kiloherców, a moje zasilacze półprzewodnikowe generują z kolei szum na poziomie od ułamka miliwolta do kilku miliwoltów, co w moich eksperymentach okazało się wartością zbyt wysoką. Mierząc np. parametry sygnału na anodzie lampy zakłócenia te dodawały się do sygnałów, uniemożliwiając przeprowadzenia badań. Na początku problem próbowałem rozwiązać stosując filtr RC, w skład którego weszły dwa rezystory dużej mocy o wartości 1 kΩ i dwa kondensatory o pojemności aż 6000 μF (każdy) i dopuszczalnym napięciu 600 V (w filtrze próbowałem stosować dławiki, ale one same "zbierały" zakłócenia z otoczenia, więc się nie nadawały). Filtr ten sprawiał jednak spore problemy podczas ładowania i rozładowywania kondensatorów, gdyż przy napięciach rzędu kilkuset woltów gromadzona była w nich ogromna energia... Z drugiej strony obawiałem się, że w razie wystąpienia w badanych układach jakiegoś zwarcia (lub porażenia prądem) aparatura może zagrażać mojemu zdrowiu lub nawet życiu... :wink:
Zdecydowałem się zbudować stabilizator o niewielkiej wydajności prądowej i regulowanym napięciu wyjściowym o bardzo niskim poziomie zakłóceń. Oglądając film na YT z kanału "Reduktor szumu", przypomniało mi się stare rozwiązanie, stosowane kiedyś w najdroższych modelach sprzętu audio przez firmę Technics. Co prawda autor filmu, Pan Krzysztof, uznał rozwiązanie za nieciekawe - określił go "najzwyklejszym stabilizatorem liniowym na zenerkach", przez co jego zdaniem "kolejna legenda padła jak mucha"...

https://www.youtube.com/watch?v=Q8t2vmAxqiE (fragment od czasu 7:55 do 9:20)

Gdyby jednak autor filmu przyjrzał się układowi uważniej, pewnie zauważyłby, że w sprzęcie z A-V.B.O (virtual battery operation) występują zaskakująco duże rezystancje oporników, które z pojemnościami kondensatorów tworzą filtry dolnoprzepustowe o częstotliwości granicznej równej 0,048 Hz (-3 dB). W układzie można było użyć rezystorów o tak dużej oporności, gdyż zastosowano też tranzystory typu j-fet o gigantycznej rezystancji wejściowej. Gdybyśmy chcieli wykonać filtr o podobnej fg dla rezystora o wartości np. 10 Ω, pojemność kondensatora musiałaby wynieść aż 330000 μF (0,33 farada). Poniżej fragmenty schematu wzmacniacza firmy Technics o symbolu SA-E900S Mark II, na których znajdują się stabilizatory nazwane "wirtualną baterią".
TECHNICS VIRTUAL BATTERY_1.png
TECHNICS VIRTUAL BATTERY_2.png
Filtry dolnoprzepustowe tworzą w nich rezystory o wartości 1 MΩ i kondensatory o pojemności 3,3 μF. By przyspieszyć ładowanie kondensatorów, czyli narastanie napięcia wyjściowego stabilizatorów, równolegle z rezystorami zostały włączone (w kierunku przewodzenia) krzemowe diody, które po krótkiej chwili wyłączają się, a dalsze ładowanie kondensatorów do końcowego napięcia następuje już przez właściwe rezystory 1 MΩ.
Jak widać genialność tego rozwiązania leży w jego skuteczności i prostocie. Zainspirowało mnie ono do stworzenia własnego układu liniowego stabilizatora o jeszcze lepszych parametrach oraz wyższym i regulowanym napięciu wyjściowym. Przedstawię go w kolejnych postach.

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 4869
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Romekd »

W bardziej rozbudowanych układach stabilizatorów napięcia stosuje się wzmacniacze operacyjne i scalone źródła napięcia referencyjnego lub specjalizowane do takich zastosowań układy scalone, jednak wszystkie tego typu elementy niskonapięciowe cechują się dość wysokim poziomem szumów wyjściowych, który w większości układów może mieć wartość skuteczną do 1 mV, a w najlepszych pod tym względem dostępnych na rynku wynosi kilkanaście mikrowoltów (wartość RMS; przedstawiłem takie w wątku o przedwzmacniaczu z drabinką Khozmo). W zasilaczach o wyższym napięciu wyjściowym poziomy tętnień i innych zakłóceń są oczywiście proporcjonalnie wyższe. Wielokrotnie widywałem na naszym Forum układy prostych stabilizatorów napięcia z szeregowo połączonymi diodami Zenera i Mosfetem. Niestety diody Zenera o wyższym napięciu lawinowego przebicia cechują się bardzo dużym temperaturowym współczynnikiem napięcia stabilizacji (do +0,13%/K), dużą rezystancją dynamiczną i wysokim poziomem szumów. Duży współczynnik termiczny napięcia bardzo pogarsza stabilność napięcia wyjściowego stabilizatorów z tymi elementami - temperatura kilku połączonych szeregowo diod, umieszczonych blisko siebie na małej powierzchni płytki, pracujących z ułamkiem mocy dopuszczalnej, potrafi podnieść się nawet o kilkadziesiąt stopni Celsjusza, wywołując kilkuprocentowy wzrost napięcia wyjściowego stabilizatora w czasie ustalania i stabilizowania się warunków temperaturowych w obudowie urządzenia (może to trwać nawet do kilku godzin). Poniżej fragmenty not katalogowych dwóch popularnych typów diod Zenera o mocy strat do 1,3 W (BZX85 i ZPY).
BZX85.png
ZPY.png

Oznaczyłem w nich typy diod, które wykorzystałem w swoich pomiarach. Z diod wybrałem takie, których łączne napięcie stabilizacji wynosiło nieco ponad 250 V (100 V, 100 V i 56 V). Do prób z kilkuset sztuk wybrałem trzy egzemplarze o najmniejszym poziomie generowanych szumów (białych i różowych). Lepszymi pod względem parametrów okazały się diody z serii BZX85. Szeregowo połączone diody dla prądu od 0,5 mA do 2 mA (zasilone przez rezystor 47 kΩ z filtru RCRC z kondensatorami 6000 μF) generowały szumy widoczne w załącznikach poniżej.
1-Z__0,5mA_298V_bezC.jpg
2-Z_1mA_299V_bezC.jpg
3-Z_1,5mA_304V_bezC.jpg
4-Z_2mA_309V_bezC.jpg
Na wykresach podałem wartość napięcia stabilizacji diod, które bardzo szybko wzrastało przy zwiększaniu prądu płynącego przez diody. Zmiany powstawały nie tylko na skutek dość wysokiej rezystancji różniczkowej diod, ale również wskutek wzrostu ich temperatury pracy dla większych prądów. Poziom szumów wyraźnie zmniejszał się wraz ze wzrostem prądu wstecznego (spadała rezystancja dynamiczna diod, więc spadały też szumy).


Po zbocznikowaniu ich kondensatorem o pojemności 10 μF poziom generowanych przez nie szumów dość znacznie się zmniejszył. Obecność kondensatora bardzo obniżyła poziom szumu białego, ale niestety diody dodatkowo generowały wolnozmienne fluktuacje o bardzo niskich częstotliwościach, których nie da się już pozbyć przy pomocy najprostszych filtrów RC. Fluktuacje napięcia i poziom napięcia stabilizowanego dla różnych wartości prądu wstecznego diod przedstawiają kolejne załączniki.
5-Z_0,5mA_297V_C10uF.jpg
6-Z_1mA_302V_C10uF.jpg
7-Z_1,5mA_305V_C10uF.jpg
8-Z_2mA_309V_C10uF.jpg

Tu z kolei wzrost prądu powodował wzrost poziomu fluktuacji napięcia (wraz ze wzrostem prądu malała rezystancja diod /rezystancja źródła szumów/, przez co kondensator coraz słabiej je tłumił).


Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ

Awatar użytkownika
Marek7HBV
1250...1874 posty
1250...1874 posty
Posty: 1516
Rejestracja: wt, 1 grudnia 2015, 19:26

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Marek7HBV »

Można zastosować kilka członów filtrowania rozdzielonych diodami-czyli te 300V przez diodę na następny kondensator o małej upływności...itd. :D

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 4869
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Romekd »

Marek7HBV pisze:
wt, 26 maja 2020, 14:50
Można zastosować kilka członów filtrowania rozdzielonych diodami-czyli te 300V przez diodę na następny kondensator o małej upływności...itd. :D
Można i w taki sposób tłumić szumy i tętnienia, ale nic nie przebije pomysłu zastosowanego przez firmę Technics, nazwanego (dla celów marketingowych) "wirtualną" baterią"... :roll: Z moich znajomych elektroników w tamtych czasach nikt w rozwiązaniu Technicsa nie widział nic ciekawego - ot firma zmieniła jedynie tranzystory sterujące z bipolarnych na unipolarne... :wink: Ja jednak układ ten pomierzyłem i faktycznie napięcia z niego są bardzo "czyste"...

Wymyśliłem banalnie prostą regulowaną "diodę Zenera", zrealizowaną na kilku łatwo dostępnych elementach (wcześniej w stabilizatorze /nie regulowanym/ zastanawiałem się nad użyciem jarzeniowych stabiliwoltów, ze względu na niższy niż w diodach Zenera współczynnik temperaturowy napięcia). Poniżej schemat takiej diody.
Reg. dioda Zenera.png

Z elementami jak na schemacie napięcie stabilizacji można regulować w przedziale ok. 150 do 600 V (zakres regulacji można ograniczyć dodatkowym rezystorem lud dwoma; górna granica ograniczona jest dopuszczalnym napięciem mosfeta). Jedynym nieco bardziej "wyszukanym" elementem jest rezystor 1 MΩ/0,25 W/1% (0,5 lub 1 W), gdyż "zwykłe" metalizowane o mocy 0,6 W mają dopuszczalne napięcie pracy 250 V (dla wyższych napięć stabilizowanych należałoby użyć kilku w połączeniu szeregowym, np. 3 x 330 kΩ). Rezystory "metal glaze" o mocy 0,25 W mają dopuszczalne napięcie pracy 1600 V i dopuszczają chwilowy wzrost tego napięcia do 2 kV, a dla rezystorów o mocy 1 W do 10 kV (przy rezystorze 1 MΩ/025 W napięcie to ograniczone jest dopuszczalną ciągłą mocą strat do 500 V; dla rezystora 1MΩ/1W dopuszczalne ciągłe napięcie wynosi 1 kV). Rezystory metal glaze o mocy 0,25 W nie różnią się wyglądem od zwykłych rezystorów metalizowanych o mocy 0,6 W. Różnicę widać dopiero po zdarciu lakieru zabezpieczającego warstwę oporową, która w rezystorach typu "metal glaze" jest dużo twardsza, grubsza i bardziej wytrzymała na przebicia. Warstwa oporowa w rezystorach wysokonapięciowych ma więcej "zwojów" i są one od siebie lepiej odseparowane.
rez_1.jpg
rez_2.jpg
Szum generowany przez regulowaną diodę dla prądu 1 mA i 2 mA przedstawiłem na załącznikach poniżej (proszę zwrócić uwagę co dzieje się ze stabilizowanym napięciem przy dwukrotnym wzroście wartości prądu).
E_1mA_300,26V_C10uf.jpg
E_2mA_300,22V_C10uf.jpg

Poziom szumu białego dla regulowanej "diody Zenera" ma wartość zbliżoną do tej jaka występuje na zaciskach zwykłych diod Zenera. Za to nie wprowadza ona tak wysokiego poziomu składnika "różowego" (wolnozmiennych fluktuacji), który tak trudno wyeliminować w napięciu otrzymywanym ze zwykłej "zenerki".

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ

zjawisko
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 718
Rejestracja: sob, 27 lutego 2010, 00:22

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: zjawisko »

A temu TLowi jakby jeszcze ten nanofaradowy kondensator dołożyć? Nie ujmie jeszcze trochę szumu?

I już mniej poważnie:
Tymczasem Diora już na początku lat 80 ładowała do wzmacniaczy aktywne filtry zasilania - pierwszy wspólny dla przedwzmacniacza i drugi dodatkowy dla stopni wejściowych. O rozrzutnym stosowaniu (ledwie wprowadzonych do produkcji pod postacią BF245) FETów nikt nie myślał a wirtualne baterie to były w kioskach. :lol:

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 4869
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Romekd »

Czołem.
zjawisko pisze:
śr, 27 maja 2020, 00:35
A temu TLowi jakby jeszcze ten nanofaradowy kondensator dołożyć? Nie ujmie jeszcze trochę szumu?
Optymalizację układu dla uzyskania jeszcze niższego poziomu szumów i zakłóceń zostawiłem sobie na koniec. Teraz spróbuję przedstawić to co już się udało osiągnąć. Zmontowałem dwa układy dla przetestowania regulowanej diody Zenera - z pojedynczą i podwójną głęboką filtracją zakłóceń.
Poniżej schematy obu rozwiązań.
VBRD1_1.png
VBRD1_2.png

Poziomy szumów mierzyłem na wyjściu prostszego układu (obciążonego rezystorem 10 kΩ, pobierającym z układu prąd o wartości 25 mA), przy czym kondensator wyjściowy o pojemności 47 μF zastąpiłem mniejszym kondensatorem elektrolitycznym o pojemności 1 μF, za to do wyjścia dołączyłem kondensator separujący składową stałą (250 V) o pojemności 6,8 μF i diody zabezpieczające wejście karty pomiarowej. Kartę skalibrowałem by poziom 0 dBFS odpowiadał sygnałowi o wartości 2 Vrms. Szumy mierzyłem w paśmie 5 Hz...96 kHz oraz sprawdziłem ich poziom "ważony", przepuszczając sygnał ze stabilizatora przez psofometryczny filtr z charakterystyką wg krzywej "A".
Filtr "battery virtual" wyłączałem przez zwieranie rezystora 1 MΩ (przy takim połączeniu pojemność kondensatora włączonego równolegle z diodą wzrastała z 10 μF do 14,7 μF). Otrzymałem następujące wyniki pomiaru szumów.
1_Dioda_Zenera_0dBFS-2Vrms_cp.PNG
2_Dioda_elektroniczna_0dBFS-2Vrms_cp.PNG
3_Dioda_Zenera_filtr_0dBFS-2Vrms.PNG
4_Dioda_elektroniczna_filtr_0dBFS-2Vrms_cp.PNG
5_Dioda_Zenera_filtr_0dBFS-2Vrms_A_cp.PNG
6_Dioda_elektroniczna_filtr_0dBFS-2Vrms_A_cp.PNG

Te ostatnie wyniki mogą być już nieco przybliżone, gdyż przy tych wartościach napięcia szumu (pojedyncze mikrowolty) kończą się możliwości pomiarowe mojej karty pomiarowej dla sygnałów niesymetrycznych (-117 dB (A) i -120 dB (A) dla sygnałów symetrycznych względem masy).

zjawisko pisze:
śr, 27 maja 2020, 00:35
I już mniej poważnie:
Tymczasem Diora już na początku lat 80 ładowała do wzmacniaczy aktywne filtry zasilania - pierwszy wspólny dla przedwzmacniacza i drugi dodatkowy dla stopni wejściowych. O rozrzutnym stosowaniu (ledwie wprowadzonych do produkcji pod postacią BF245) FETów nikt nie myślał a wirtualne baterie to były w kioskach. :lol:
Pamiętam te filtry aktywne ze swojego wzmacniacza WSH-205. Były to filtry podwójne - najpierw sygnał przechodził przez filtr RC, a później przez filtr aktywny z tranzystorem BC147. Nigdy nie słyszałem nawet śladu przydźwięku w tym wzmacniaczu, więc filtry te musiały być wystarczająco skuteczne.
Filltry WSH-205.png

W kolejnych postach pokażę jak skuteczny jest przedstawiony przeze mnie filtr w tłumieniu tętnień o częstotliwości 50 Hz i jej kilku harmonicznych.
W celu zbadania tłumienia tętnień w miejscu oznaczonym na schemacie czerwonym krzyżykiem robiłem przerwę i włączałem w to miejsce wyjście transformatora sieciowego, którego uzwojenie pierwotne zasilałem z autotransformatora, ustawiając wartość tętnień podawanych na stabilizator na równe 2 Vrms. Później spróbuję się jeszcze pobawić w kompensację szumów regulowanej "diody Zenera" przy pomocy kondensatora o niewielkiej pojemności, włączanego między wejście i wyjście układu TL431.

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ

Awatar użytkownika
Marek7HBV
1250...1874 posty
1250...1874 posty
Posty: 1516
Rejestracja: wt, 1 grudnia 2015, 19:26

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Marek7HBV »

Romekd pisze:
wt, 26 maja 2020, 17:50
Marek7HBV pisze:
wt, 26 maja 2020, 14:50
Można zastosować kilka członów filtrowania rozdzielonych diodami-czyli te 300V przez diodę na następny kondensator o małej upływności...itd. :D
Można i w taki sposób tłumić szumy i tętnienia, ale nic nie przebije pomysłu zastosowanego przez firmę Technics, nazwanego (dla celów marketingowych) "wirtualną" baterią"... :roll: Z moich znajomych elektroników w tamtych czasach nikt w rozwiązaniu Technicsa nie widział nic ciekawego - ot firma zmieniła jedynie tranzystory sterujące z bipolarnych na unipolarne... :wink: Ja jednak układ ten pomierzyłem i faktycznie napięcia z niego są bardzo "czyste"...

Zbyt skróciłem tok myślenia :lol: Chodziło mi o zastosowanie filtra tłumiącego po diodzie zenera {lub układzie Kolegi :wink: }składającego się z diod{z np szeregowymi rezystorami} i kondensatorów z małą upływnością.np
P2390046.JPG
Można by odfiltrować szumy i przebiegi wolno zmienne ograniczyć w dużym stopniu{do nieistotnych przy pomiarach audio}.Dryft napięcia spowodowany temperaturą niestety pozostał by{przy zastosowaniu zwykłych zenerek-można zastosować skompensowane stabilizatory UL1550{lub lepsze :lol: }.Oczywiście to wszystko do zasilania feta lub mosfeta do dużej rezystancji bramki. :D

Einherjer
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 1226
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wrocław/Nysa

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Einherjer »

Pomysł ze zwiększeniem zakresu napięć TL431 przy pomocy kaskody jest prosty i skuteczny, "ukradnę" go do swojego cichego zasilacza. Nie bardzo widzę sens drugiego układu z dwoma szeregowymi MOSFETami. W innym wątku przekonywałeś mnie (popierając to pomiarami), że jeśli tylko napięcie bramki jest stałe, tłumienie zakłóceń przez pojedynczy MOSFET jest na poziomie 120dB, co wynika z bardzo dużej jego rezystancji wewnętrznej, zwłaszcza w porównaniu z impedancją kondensatora na wyjściu. Co ma wnieść drugi tranzystor, jeśli na jego bramce tętnienia i szumy będą praktycznie takie same jak na bramce pierwszego tranzystora?

Awatar użytkownika
AZ12
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 4590
Rejestracja: ndz, 6 kwietnia 2008, 15:41
Lokalizacja: 83-130 Pelplin

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: AZ12 »

Witam

Taką wysokonapięciową diodę Zenera można zbudować na tranzystorach bipolarnych.

https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic922010.html

Schemat

Obrazek

Tranzystor T1 można dać BF459 lub dowolny z stopnia końcowego wizji, T2 BF420.
Ratujmy stare tranzystory!

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 4869
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Romekd »

Marek7HBV pisze:
śr, 27 maja 2020, 09:40
Zbyt skróciłem tok myślenia :lol: Chodziło mi o zastosowanie filtra tłumiącego po diodzie zenera {lub układzie Kolegi :wink: }składającego się z diod{z np szeregowymi rezystorami} i kondensatorów z małą upływnością.npP2390046.JPGMożna by odfiltrować szumy i przebiegi wolno zmienne ograniczyć w dużym stopniu{do nieistotnych przy pomiarach audio}.Dryft napięcia spowodowany temperaturą niestety pozostał by{przy zastosowaniu zwykłych zenerek-można zastosować skompensowane stabilizatory UL1550{lub lepsze :lol: }.Oczywiście to wszystko do zasilania feta lub mosfeta do dużej rezystancji bramki. :D
Pomysł świetny - przy małej upływności kondensatorów i niewielkim prądzie bramki mosfeta, ostatni kondensator powinien się ładować do napięcia składowej stałej, powiększonej o szczytową wartość napięcia szumów, tętnień i wolnozmiennych fluktuacji napięcia (powstających na połączonych szeregowo diodach Zenera). Dryf temperaturowy nie zawsze ma znaczenie, szczególnie tak niski przy tak wysokich napięciach na wyjściach stabilizatorów... :wink:
W moim układzie też występuje pewien dryf temperaturowy, związany ze zmianami napięcia bramka-źródło przy stałym prądzie źródła przy zmianach temperatury struktury mosfeta. Uznałem jednak, że zmiany napięcia wyjściowego o ułamek wolta przy napięciu kilkuset woltów są praktycznie nieistotne dla zasilanych stabilizatorem układów audio, gdyż najważniejszy jest poziom szumów, tętnień i fluktuacji (choć zmiana napięcia od temperatury elementu to też dryf, tylko jeszcze wolniejszy :wink: ).

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 4869
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Romekd »

Einherjer pisze:
śr, 27 maja 2020, 09:58
Pomysł ze zwiększeniem zakresu napięć TL431 przy pomocy kaskody jest prosty i skuteczny, "ukradnę" go do swojego cichego zasilacza. Nie bardzo widzę sens drugiego układu z dwoma szeregowymi MOSFETami. W innym wątku przekonywałeś mnie (popierając to pomiarami), że jeśli tylko napięcie bramki jest stałe, tłumienie zakłóceń przez pojedynczy MOSFET jest na poziomie 120dB, co wynika z bardzo dużej jego rezystancji wewnętrznej, zwłaszcza w porównaniu z impedancją kondensatora na wyjściu. Co ma wnieść drugi tranzystor, jeśli na jego bramce tętnienia i szumy będą praktycznie takie same jak na bramce pierwszego tranzystora?
W założeniach drugi tranzystor miał rozłożyć straty mocy na dwa oddzielne elementy. Prąd bramki mosfeta jest bardzo niski, ale tylko przy niskich temperaturach struktury tranzystora (ze wzrostem temperatury szybko wzrasta :( ) . Dając dwa tranzystory chciałem obniżyć ich temperatury (napięcia i straty mocy powinny rozłożyć się na nich mniej więcej po równo). Drugą przyczyną jest pojemność dren-bramka i szeregowy rezystor antyparazytowy 1 kΩ w obwodzie bramki tranzystora. Z ich powodu poziom tłumienia zakłóceń może zmniejszać się wraz ze wzrostem częstotliwości zaburzeń (np. ostrych "pików", powstających w diodach prostowniczych w wyniku ich komutacji), występujących przed tranzystorem. Jeszcze nie wiem dlaczego, ale tłumienie tętnień o wartości skutecznej 2 V i częstotliwości 50 Hz osiągnęło w układzie z regulowaną "diodą Zenera" tylko 86 dB (spodziewałem się znacznie lepszego wyniku). W kolejnym poście wrzucę wyniki pomiarów tłumienia tętnień.

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ

Awatar użytkownika
Jurek O
500...624 posty
500...624 posty
Posty: 567
Rejestracja: śr, 26 grudnia 2018, 01:19
Lokalizacja: Olkusz
Kontakt:

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Jurek O »

Romek dwa pytania:

1. Jak się wyznacza pojemność kondensatorów przy diodach w mostku prostowniczym ?
2. Jak się ma obecny układ w porównaniu do twojego poprzedniego stabilizatora (pomijając fakt, iż poprzedni jest kompensacyjny) ?

Pozdrawiam
Jurek
Załączniki
Stabilizator Romek.png
Początkujący w technice lampowej.

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 4869
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Romekd »

AZ12 pisze:
śr, 27 maja 2020, 10:06
Taką wysokonapięciową diodę Zenera można zbudować na tranzystorach bipolarnych.

https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic922010.html

Tranzystor T1 można dać BF459 lub dowolny z stopnia końcowego wizji, T2 BF420.
Widzę trzy wady tego rozwiązania. Pierwszą jest ograniczenie napięcia do wartości napięcia lawinowego przebicia użytych tranzystorów bipolarnych (te ze schematu mają dopuszczalne napięcie 300 V). Drugą jest prąd bazy tranzystora, który nawet dla dwóch tranzystorów w połączeniu Darlingtona jest nieporównywalnie wyższy od prądu bramki mosfeta. Prąd ten wpływa na napięcie dzielnika rezystorowego, więc autor użył w układzie rezystorów o znacznie niższej wartości niż w moim układzie z mosfetem, by poprawić nieco precyzję stabilizacji napięcia (sugerowany dla wyższych napięć typ tranzystorów /BU508/ ma jeszcze niższe wzmocnienie, co może sprawę jeszcze bardziej skomplikować...). Trzeci to napięcie wtórnego przebicia w tranzystorach bipolarnych, ograniczające ich moc strat przy wyższych napięciach Uce (zjawisko nie występujące w mosfetach). Ponadto autor rozwiązania z tranzystorami bipolarnymi w swojej ostatniej wypowiedzi w wątku na "Elektrodzie" błędnie podał sposób włączenia swojej regulowanej "diody Zenera" w obwód z transoptorem - transoptor powinien zostać włączony od "góry" układu, a nie od strony masy, a dodatkowo równolegle z diodą "nadawczą" transoptora powinien zostać włączony dodatkowy rezystor, gdyż przez układ symulujący diodę Zenera prąd przepływa również przy napięciach niższych od stabilizowanego...

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ

Awatar użytkownika
AZ12
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 4590
Rejestracja: ndz, 6 kwietnia 2008, 15:41
Lokalizacja: 83-130 Pelplin

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: AZ12 »

Witam ponownie

W przetwornicach impulsowych izolowanych rzadko zachodzi konieczność stabilizacji napięć większych niż kilkadziesiąt woltów za pomocą transoptora.
Romekd pisze:
śr, 27 maja 2020, 11:28
Ponadto autor rozwiązania z tranzystorami bipolarnymi w swojej ostatniej wypowiedzi w wątku na "Elektrodzie" błędnie podał sposób włączenia swojej regulowanej "diody Zenera" w obwód z transoptorem - transoptor powinien zostać włączony od "góry" układu, a nie od strony masy, a dodatkowo równolegle z diodą "nadawczą" transoptora powinien zostać włączony dodatkowy rezystor, gdyż przez układ symulujący diodę Zenera prąd przepływa również przy napięciach niższych od stabilizowanego...
Takie rozwiązanie może zwiększyć co prawda wzmocnienie pętli sprzężenia zwrotnego, ale może to doprowadzić do wystąpienia niepożądanych oscylacji znanych jako skwierczenie, bzyczenie, itp.
Ratujmy stare tranzystory!

Einherjer
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 1226
Rejestracja: pt, 22 stycznia 2010, 18:34
Lokalizacja: Wrocław/Nysa

Re: Stabilizator napięcia z elektroniczną dioda Zenera o ultraniskim poziomie zakłóceń i szumów

Post autor: Einherjer »

Romekd pisze:
śr, 27 maja 2020, 10:43
Einherjer pisze:
śr, 27 maja 2020, 09:58
Pomysł ze zwiększeniem zakresu napięć TL431 przy pomocy kaskody jest prosty i skuteczny, "ukradnę" go do swojego cichego zasilacza. Nie bardzo widzę sens drugiego układu z dwoma szeregowymi MOSFETami. W innym wątku przekonywałeś mnie (popierając to pomiarami), że jeśli tylko napięcie bramki jest stałe, tłumienie zakłóceń przez pojedynczy MOSFET jest na poziomie 120dB, co wynika z bardzo dużej jego rezystancji wewnętrznej, zwłaszcza w porównaniu z impedancją kondensatora na wyjściu. Co ma wnieść drugi tranzystor, jeśli na jego bramce tętnienia i szumy będą praktycznie takie same jak na bramce pierwszego tranzystora?
W założeniach drugi tranzystor miał rozłożyć straty mocy na dwa oddzielne elementy. Prąd bramki mosfeta jest bardzo niski, ale tylko przy niskich temperaturach struktury tranzystora (ze wzrostem temperatury szybko wzrasta :( ) . Dając dwa tranzystory chciałem obniżyć ich temperatury (napięcia i straty mocy powinny rozłożyć się na nich mniej więcej po równo). Drugą przyczyną jest pojemność dren-bramka i szeregowy rezystor antyparazytowy 1 kΩ w obwodzie bramki tranzystora. Z ich powodu poziom tłumienia zakłóceń może zmniejszać się wraz ze wzrostem częstotliwości zaburzeń (np. ostrych "pików", powstających w diodach prostowniczych w wyniku ich komutacji), występujących przed tranzystorem. Jeszcze nie wiem dlaczego, ale tłumienie tętnień o wartości skutecznej 2 V i częstotliwości 50 Hz osiągnęło w układzie z regulowaną "diodą Zenera" tylko 86 dB (spodziewałem się znacznie lepszego wyniku). W kolejnym poście wrzucę wyniki pomiarów tłumienia tętnień.

Pozdrawiam
Romek
Nie widzę w tym nic dziwnego. Rezystancja wewnętrzna TL431 wynosi typowo 0,2 Om a maksymalnie 0,5 Om i pomnaża się tyle razy ile napięcie odniesienia 2,5 V. W Twoim układzie to około 100 razy, czyli robi nam się 20 Om. Nie chcę mi się teraz liczyć ile dołoży od siebie MOSFET kaskodujący TL431, ale też nie mało ze względu na stosunkowo niską transkonduktancję MOSFETów (to nie jest tak, że one mają same zalety w porównaniu z BJT). Licząc optymistycznie 30 Om w stosunku do 47 kOm daje jakieś -64 dB. Zwiększenie prądu może trochę pomóc, transkonduktancja MOSFETa jest w przybliżeniu liniowo zależna od prądu. Najlepiej to jednak zasilić porządnym źródłem prądowym.

Problemy z szeregowym tranzystorem mogłoby częściowo rozwiązać włączenie go między bramkę a źródło MOSFETa ze zubażanym kanałem. EDIT: To zadziała tylko dla małych prądów :(
Ostatnio zmieniony śr, 27 maja 2020, 13:41 przez Einherjer, łącznie zmieniany 2 razy.

ODPOWIEDZ