Jump to content
IlyaA

Не Корректно Работает Дифференциальный Каскад В Схеме Разряжающего Устройства

Recommended Posts

Всем доброго времени суток!

Цель: разработать простейшее разряжающее устройство для пальчикового аккумулятора с функцией автоотключения нагрузки при достижении напряжения на разряжаемом аккумуляторе 1В.

Схема: http://s017.radikal....f9ffcc98ee3.png

Думал, а! сейчас за 15 мин. набросаю, изготовлю и всё будет пучком, ан нет, мироздание выразилось примерно так: есть многое на свете, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам. У меня не очень большой опыт в электронике, поэтому предпочел пропустить схемы с компараторами, операционниками и тем более АЦП. Остановился на дифференциальном каскаде. Мыслил так, когда напряжение база-эмитер первого транзистора превышает напряжение база-эмитер второго транзистора, то на эмиттерном резисторе каскада будет высокое напряжение, которое запрёт второй транзистор. А когда напряжение база-эмитер первого транзистора опустится наже напряжения база-эмитер второго транзистора, то на эмиттерном резисторе будет низкое напряжение, что создаст условия для открытия второго транзистора и закрытия первого. Виделось, что процесс протекает лавинообразно. Однако на графике можно увидеть практически линейную зависимость в окрестности нулевого дифференциала (напряжения 1В) между транзисторами. Причём, нет даже намёка на ступеньку, и график очень напоминает обычный график усилительного каскада на транзисторе со средней точкой в нулевом дифференциале. Много крутил схему, менял номиналы резисторов, ставил третий транзистор в эмиттер каскада, меняется только масштаб и крутизна, ступеньку получить не удаётся.

Как быть, господа? Подскажите, пожалуйста, как получить более-менее чёткий сигнал о достижении напряжения заданного уровня, желательно, ограничиться самыми простыми деталями.

Заранее благодарен.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Оттуда и снимаю, на графике показан ток коллектора Q2, измеренный XMM4

Edited by IlyaA

Share this post


Link to post
Share on other sites

Технология Maxim Integrated nanoPower: когда малый IQ имеет преимущества

При разработке устройств с батарейным питанием важно выбирать компоненты не просто с малым потреблением, но и с предельно малым током покоя. При этом следует обратить внимание на линейку nanoPower производства компании Maxim Integrated. В статье рассмотрено их применение на примере системы датчиков беспроводной оконной сигнализации.

Подробнее

Поскольку, за XMM4 следует резистор R5, то падение напряжения на нём будет пропорционально току коллектора Q2, который нарастает плавно. Следовательно, и напряжение на резике R5 будет нарастать также плавно, а хочется ступеньку.

Share this post


Link to post
Share on other sites
                     

Платы Nucleo на базе STM32G0: чего можно добиться с помощью связки Nucleo и Arduino

Платы Nucleo и платы расширения X-NUCLEO от STMicroelectronics можно интегрировать в платформу Arduino с помощью библиотеки STM32duino. Связка плат Nucleo и платформы Arduino, и наличие готовых библиотек – представляет удобный инструмент для создания прототипов и конечных приложений в условиях ограниченного времени. Статья содержит пошаговые инструкции по установке библиотек и запуску примеров для Nucleo.

Подробнее...

Могу я вас попросить развить тему... Я предполагал, что пороговым элементом выступит дифференциальный каскад, а у меня график плавный из-за недостаточного опыта или отсутствия знаний матчасти.

Edited by IlyaA

Share this post


Link to post
Share on other sites

Боюсь, что буду уводить Вас в сторону компаратора, да и разницу в 0,2в, с учетом гистерезиса....не так просто. Теоретически так: на один вход опору в чуть больше чем 1в (можно снять со стабилитрона через потенциометр); на другой - с аккумулятора к которому подключена нагрузка. Упадёт напряжение ниже порога - компаратор и даст сигнал. Отсечку регулируем потенциометром на опоре. Компаратор можно организовать как на операционнике, так и на транзисторах. Тем более, что в основе компаратора (триггер Шмитта) Ваш покорный диф каскад! http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=24551 http://www.stalvit.ru/komp :bye:

Share this post


Link to post
Share on other sites

IlyaA, дифкаскад работает у Вас так, как ему и положено, т.е. абсолютно корректно. Вы путаете понятия: он может являться частью компаратора (входным каскадом), но сам по себе ключевыми свойствами не обладает. Поэтому и входит в состав линейных схем, как, например, входной каскад УМЗЧ. По этому поводу анекдот вспомнился:

Пилот штурману:

- Штурман, прибор?

- 80.

- Что 80?

- А что прибор?

Чтобы дифкаскад превратить в компаратор, в него надо ввести ПОС. Сравните упрощенную схему триггера Шмитта со своей и найдите отличия:

4-65.gif

Share this post


Link to post
Share on other sites

Благодарю за советы, понял, что нужно смотреть в сторону триггера Шмидта. Буду изучать мат часть. Диф каскад привлёк тем, что можно легко задать опорное напряжение. В схеме, предложенной Falconist'ом опорное напряжение задаётся уже разницей коллекторных сопротивлений. Данное обстоятельство делает диф. каскад с ПОС не столь привлекательным, с ним придётся повозится также как с тригером Шмидта. В общем буду пробовать, еще раз покорнейше благодарю. :thank_you2:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Должен признать, что практически всю работу за меня сделал Falconist, как в старом анекдоте про студента 6 курса. Статья про операционники, очень вкусная, обязательно скушаю, но на усвоение потребуется время. Я еще не до конца понимаю 4 вида обратной связи в транзисторах (последовательная, параллельная, по току, по напряжению), поэтому не рвусь с пробелами в фундаменте использовать интегральную элементную базу. Как разберусь, так ринусь в бой покорять микросхемы. Операционник здесь очень хорошо подходит, и опорное напряжение используется и гистерезис ввести можно, чтобы дать возможность аккумулятору отдохнуть, восстановиться, и снова на разрадку. Не у кого, случайно, нет схемы операционника на транзисторах, я знаю что там диф. каскад во главе, но пока не понял каким образом используя опорное напряжение (1В) и ПОС добиться гестерезиса на диф. каскаде?

Пока осмысливаю операционник хочу поделиться схемой на тригере Шмитта.

540978e71608.png

Работает хорошо, входное сопротивление высокое, чувствительность 0,01 В, гистерезис 0,1 В, только опорное напряжение пока не прикрутил. думаю в какое место. :)

Edited by IlyaA

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вот такой простейший ОУ на транзисторах был когда-то в журнале "Радио":

image006.jpg

Это - базовая схема, без номиналов. Недостаток - очень низкая граничная частота (где-то всего 100 Гц). Тем не менее, вполне работоспособный.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Всё правильно, ДОКТОР Вам действительно очень помог! Но, опять НО гистерезис не вводят! От него пытаются избавиться (уменьшить). Хотя, при искусственном разряде аккумулятора,он и действительно может быть полезен. Посмотрите мою первую ссылку (совет Бородача) - опора в эмиттеры.

Edited by malenich

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вот такой простейший ОУ на транзисторах был когда-то в журнале "Радио":

...

Схема подошла как нельзя лучше, плюс замечательно написанная статья про операционные усилители вместе сделали своё дело. Ниже приводится схема и результат моделирования.

ca907e707743.png

Результаты измерений напряжений при тестировании схемы.

109cbb337e7d.png

Как видно из таблицы схема сработала несколько раньше (опыт 17, напряжение срабатывания 1,03 В на разряжаемой батарейке), что вызывает у меня несколько вопросов.

1. Если посмотреть на разность потенциалов эмиттер-база Q11, то уже в опыте 14 наблюдается 0,44 В, что должно было приоткрыть транзистор, однако последний держится, не желает открываться. Немного приоткрыться Q11 решает только при разнице в 0,64 В (2,37 - 1,73), а это уж совсем много. В настощий момент теряюсь в догадках о причинах отклонения в поведении, казалось бы порядочного транзистора. Характеристики: PNP 2N3702 TO-92 Vceo=25;Vcbo=40;Ic(max)=0.5;hFE(min)=60;hFE(max)=300;Ft=100;Pd=0.6. Обычный средний универсал.

2. Очень странный гистерезис. На схеме мы видим (опыт 17) как благодаря ООС наряжение на базе Q2 (он же второй вход, с позволения сказать операционного усилителя, хотя также усматривается триггер Шмитта на комплементарной паре транзисторов) увеличилось аж до 1,060 В. Соответственно, Q11 должен оставаться открытым как минимум до повышения напряжения на R3 до тех самых 1,060 В. Однако уже в опыте 18, где мы увеличили напряжение всего до 1,04 В Q11 приспокойно закрывается (почти). По сути опыт 18 это зеркальное отражение опыта 16 (перепроверял раз 10, по каждой циферке), что также пока не укладывается в моей голове. Как будто и гистерезиса никакого нет, тогда почему раньше сработал?

Возможно еще что-то усмотрю со временем, а пока хочется побыстрее поделиться результатами работы и попросить рекомендаций по доводке этой части схемы.

Когда R8 равен 1К гистерезис чувствуется, но и схема срабатывает уже на 1,06 В, когда R8 = 10К наряжение на коллектре Q11 такое же гладенькое и ровненькое как у Q2, ПОС очень слабая. Остановился на варианте, при котором Q11 срабатывает с минимальным различием входов ОУ.

В очередной раз выражаю искреннюю благодарность, за оказанную поддержку.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вы затронули такие уже аспекты которые решаются на конкретной плате с реальными транзисторами! И в железе очень часто получается не так, как хотелось бы. Вот и вылазит повторяемость....

Share this post


Link to post
Share on other sites

1. R5 Вам явно мешает. Это же ключевая схема.

2. R7 лучше разбить на 2 части, а R8 подключить в точку их соединения. Меняя соотношение частей R7, регулировать гистерезис. Не удивляйтесь если соотношение частей будет в диапазоне 1/10…1/100.

3. Сопротивление R8 не соответствует ряду Е24. Сопротивление его нужно увеличить раз в 50.

4. На практике нужно будет принять меры по выравниванию температуры Q1 и Q2. Это критически важно. Еще лучше использовать согласованную пару типа 159НТ…, 217НТ…к примеру.

5. Зачем загонять дифференциальный каскад в режим микротоков, если используете R2 такого малого сопротивления? Заменить его просто так не получится – именно он определяет гистерезис.

6. Чтобы не мучиться с таблицами, подайте на вход треугольные импульсы или модуль синусоидального напряжения и запустите анализ переходных процессов (режим Transient).

7. Сопротивление R4 из каких соображений выбрано?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Все корректно работает. Исправил ошибки в схеме. Вот Вам и график переключения триггера Шмитта.

R2 - переменный на 22кОм. Это установка порога переключения.

R7 - переменный на 10кОм. Это регулировка гистерезиса от 0 до 50мВ примерно. В модели подобраны номиналы R7 для гистерезиса +/-25мВ.

В прикрепленном файле рисунки без искажений.

post-166047-0-76866700-1357486058_thumb.jpg

post-166047-0-33338000-1357486073_thumb.jpg

Шмитт.rar

Share this post


Link to post
Share on other sites

avv_rem, вы меня опередили! Прочитав ваш первый пост, я принялся устранять ошибки, а когда закончил, смотрю, уже готовая схема, как по волшебству. :) Обязательно проанализирую. В своей схеме я продвинулся чуть дальше, не сочтите за грубость, я её тоже выложу, там интересный момент имеется.

3384d2c8c97d.png

Итак, по порядку:

1. R5 убрал, действительно глупость полная.

2. Сделано.

3. Сделано.

4. Я выбрал микротоки по двум причинам первая очевидная, экономим батарейки, вторая, микротоки меньше греют транзисторы диф. каскада. Если этой меры будет не достаточно будем думать дальше.

5. R2 поменял, теперь он завётся R11 сопротивление удалось увеличить аж до 100К. Также добавил стабилитрон, поскольку питающие батарейки тоже разряжаются со временем.

6. Я не умею, об этом можно где-то прочитать.

7. Уменьшил R4 до 200К так, чтобы поменьше тока текло, но преждевременно не открывался Q11.

Проанализировав ваши советы я сделал не утешающий для себя вывод - грызть мне еще гранит науки не перегрызть. Благодарю, всё очень дельно.

Теперь о новой схеме, добавил исполнительный механизм на 2-х транзисторах. Его задача отключать R5, когда напряжение упало ниже уровня. Однако, схема повела себя очень интересно, продемонстрировав глубокую обратную связь. Стоит напряжению на R5 упасть ниже 1 В, Q3 немного призакрывается, снижая нагрузку, и напряжение восстанавливается до 1 В и в дальнейшем транзистор старается его поддерживать всеми силами. Я увеличивал внутреннее сопротивление R1 до максимума, и Q3 отвечал взаимностью, в такт призакрывался, но обязательно держал напряжение 1 В. Эта ситуация показана на картинке, сопротивление источника 1К, такое в природе врятли встречается. Очень любопытно.

Отсюда вопрос, придётся ли по нраву такой режим аккумулятору, он вроде как и не восстанавливается, но в тоже время и нагрузку лишнюю с него убирают, а как только иончики появились их тут же забирают, электролит всегда в движении.

Небольшой бонус - общее потребление схемы всего 196-270 мкА.

Есть ли в этой схеме изъяны, или она один большой изъян? :)

А теперь отлучаюсь анализировать вашу схему... Еще раз благодарствую!

ЗЫ. Я и подумать не мог, что у меня через несколько дней будет проект, готовый к макетированию. :thank_you2::clapping:

Edited by IlyaA

Share this post


Link to post
Share on other sites

Тоже добавил цепи разряда. Однако не верю, что сопротивление R1 выбрано верно. Поэтому номиналы на участке Q1, Q2 выбраны весьма приблизительно. Выбрал стабилитрон с минимальным напряжением стабилизации в серии. Теперь схема работает даже при 2В вместо 2,4В.

post-166047-0-86701600-1357547985_thumb.jpg

post-166047-0-74790400-1357547997_thumb.jpg

post-166047-0-53510100-1357548008_thumb.jpg

post-166047-0-99660100-1357548018_thumb.jpg

post-166047-0-68111900-1357548032_thumb.jpg

Sm2.rar

Share this post


Link to post
Share on other sites

Беру! На транзистор меньше, однако. :) Интересное решение с обратной связью.

1. Вы микротоки избегаете исходя из личного опыта?

2. Подскажите, пожалуйста, в какой программе вы моделируете? Почему остановились на ней, а не на мультисиме? Я, просто, только один мультисим знаю, а в этой смотрю даже наши транзисторы имеются.

3. Пришло время готовить элементную базу для сборки, где бы вы предпочли затарить необходимые для этой схемы детали? Закупка явно не тянет на мелкий опт. Есть ли магазины, торгующие по 10-20 шт.?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Прежде чем моделировать схему, я ее просчитываю. Токи получаются такие, какие нужны. Нет смысла уходить в режим микротоков по следующим причинам.

1. Q1, скорее всего, будет работать с большими токами, иначе Вы аккумулятор просто не разрядите.

2. Вряд ли Вы добьетесь тока коллектора Q2, который будет хотя бы раз в 20 меньше тока разряда аккумулятора.

3. Ток коллектора Q3 будет раз в 10 меньше тока коллектора Q2. Лучше трудно сделать, т.к. при низком напряжении h21э транзисторов катастрофически быстро падает.

4. В режиме микротоков также катастрофически быстро падает h21э транзисторов.

5. Вы встречали электромеханические часы с большой круглой батарейкой? Они потребляют ток 5…7мА. Батарейки хватает на год практически. Зачем Вам ток 0,25мА?

6. При понижении температуры h21э транзисторов быстро падает. При повышении температуры быстро растут обратные токи коллекторов транзисторов. В итоге, если Ваша схема и будет работать, то в узком температурном диапазоне.

7. Аккумуляторы имеют большие внутренние токи саморазряда. Нет смысла потреблять от аккумулятора ток, который меньше его тока саморазряда.

Транзистор дифференциального каскада россыпью в этой схеме Вы просто замучаетесь подбирать. Поиграйте на макете, мало ли, вдруг работа схемы Вас удовлетворит. Даже на макете выровняйте температуру Q3 и Q4 – смажьте теплопроводящей пастой и плотно сожмите их корпуса скобой. Именно для этих целей я и выбрал транзисторы с плоскими корпусами. Однако профессиональный подход – это использование согласованных транзисторных пар. Это микросхемы с маркировкой xxxxНТxx.

Моделировать можно в любой программе. Внутри они практически все базируются на расчетном ядре Spice. Учебные версии используют тип REAL, тратят некоторое время на конвертацию данных при обращении к математическому сопроцессору и имеют ограничения на число элементов. В профессиональных используется тип EXTENDED, конвертации данных и ограничений на число элементов нет. У программ просто менюшки разные. Это дело вкуса. Модели можно взять в любом учебнике и набить текст вручную. Затем конвертируете их в библиотеки за несколько секунд. Некоторые программы ругаются на показатель качества p-n перехода. Задайте его параметры по умолчанию.

По поводу московских магазинов – не ко мне. Я от Москвы очень далеко.

Вообще говоря, если напрягает потребляемый схемой ток, то я бы лучше соединил последовательно цепи питания аккумулятора и схемы управления, добрался до нижнего порога работы микросхем КМОП и сделал пороговое устройство на инверторах. При напряжении 3В можно будет уже и составные транзисторы применять.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You are posting as a guest. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...

×
×
  • Create New...