Potrzeba kompensacji temperaturowej prądu zwierciadła

Obecnie uczę się o bieżących konfiguracjach lusterek. Do tej pory zrobiłem dwa z nich. Oba działały zgodnie z życzeniem, ale po podgrzaniu lub schłodzeniu prąd przez prawą stronę (stronę, z której pobierana jest moc wyjściowa) zmniejszał się lub zwiększał znacznie przy niewielkich różnicach temperatur.

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

$R_{load}$ dla obu obwodów było niskie lub zwarte do + 10 V. Oba obwody ustawiono tak, aby odzwierciedlały prąd 500 uA. Wszystkie tranzystory zostały dopasowane ręcznie (wszystkie są bardzo blisko siebie, jeśli chodzi o wersję beta).

Bez zwyrodnienia emitera na oba obwody znaczny wpływ miała temperatura, szczególnie na ryc. A, gdzie prąd przez zmienił się o 100 uA lub więcej (1 sekunda ogrzewania), gdy dotknąłem jednego z Q1 lub Q2 palcem; ale gdy tranzystory Q4 i Q5 zostały dotknięte koniuszkiem palca, prąd przepływający przez zmienił się o 50 uA (również 1 sekunda nagrzewania), co jest mniej niż w pierwszym przykładzie, ale wciąż za dużo. $R_{load1}$ $R_{load2}$

Dzięki degeneracji emiterów oba obwody znacznie poprawiły ich stabilność temperaturową. Na przykład ( dodane wynosiły 1 kOhm), jeśli odnoszę się do ryc. B, prąd przez zmienił się tylko o 10 uA (po podgrzaniu przez około 1 sekundę), podczas gdy wynik z ryc. A był nieco gorzej. $R_e$ $R_{load2}$

Oba obwody są ulepszane w miarę dodawania degeneracji emiterów do Q1 / Q2 lub Q3 / Q4. W obu przykładach prąd przez Q1 lub Q3 był w przybliżeniu stały przez cały czas, ale prąd przez Q2 lub Q5 nie był nawet zbliżony do tego.

Czy istnieje jakiś sposób kompensacji jednego z pokazanych tu obwodów z powodu zmieniającej się temperatury? Myślałem, że Q5 skoryguje błąd zmiany temperatury prądu, ale oczywiście nie.

temperature constant-current compensation Keno
źródło

Dopasowywanie Vbe vs T jest ważne nie tylko w wersji beta, co jest zaletą dla Vref z pasmem IC. Czy potrafisz je połączyć termicznie, ale izolować od otoczenia?

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Myślę, że nie rozumiesz sedna sprawy. Nie oczekuj, że będziesz w stanie go ustabilizować, jeśli inaczej nagrzejesz tranzystory. Cała matematyka spada na pijaków i wymiotuje. Oczekujesz zbyt wiele.

Andy alias

@ TonyStewart.EEsince'75 Rozumiem, że inne parametry, takie jak Vbe, beta, wczesne napięcie itp. Mają znaczenie, ale beta jest tylko parametrem, który można łatwo zmierzyć za pomocą mojego multimetru. Czy uważasz, że termicznie sprzężone lustro poprawiłoby stabilność temperaturową?

Keno

tak, oczywiście .. ale można to przetestować przy jednoczesnych i różnicowych zmianach temperatury

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Twoim problemem jest głównie różnica temperatur, ale przy małych różnicach nie zapominaj o tym, że prąd przez ustawiony rezystor jest zależny od temperatury z powodu spadków Vbe z zasilania. Gdyby było to niższe napięcie, zależność byłaby bardziej znacząca.

Spehro Pefhany

Odpowiedzi:

Trzy główne kroki to

a) Wykorzystaj jak najwięcej zwyrodnienia emitera, jak możesz
b) Dopasuj temperatury Q1 i Q2
c) Dopasuj rozproszenie Q1 i Q2

Dla (b) przynajmniej sklej razem Q1 i Q2. O wiele lepsze jest zastosowanie monolitycznego układu tranzystorów, takiego jak CA3046, który składa się z 5 tranzystorów wykonanych na tym samym podłożu. W przypadku naprawdę hardkorowej pary dopasowanej termicznie para „SuperMatch” LM394 wykorzystuje tysiące matryc tranzystorowych połączonych jak szachownica.

Q5 nie tylko zwiększa impedancję wyjściową, ale także kontroluje rozpraszanie w Q4. Graj seriami na bazie Q5 lub emiterze, aby wyrównać dopasowanie rozpraszania Q3 / 4.

Nieco bardziej skomplikowanym rozwiązaniem o mniejszej przepustowości, ale o wiele większej precyzji jest wyeliminowanie Q1 i użycie wzmacniacza operacyjnego do sterowania Q2 w celu wyrównania spadków napięcia na Re1 / 2. Zastąpienie Q2 FET eliminuje wszelkie zmiany wariacyjne beta w dokładności wyjściowej. W takim razie należy się tylko martwić o dryf wzmacniacza Vos wraz z temperaturą i opornikami tempco lub Re1 / 2.

Neil_UK
źródło

Dopasować rozproszenie? Rozpraszanie mocy? Prąd powinien być w większości równy zarówno przez Q1, jak i Q2, ale to, co dzieje się z napięciem Vce w Q2, zależy głównie od zastosowanej rezystancji obciążenia. Jeśli o to ci chodziło, inaczej uważam, że jesteś bardzo przydatny.

Keno,

@Keno Istnieją znaczne różnice w VCE dla dwóch BJT w obwodzie na rysunku A. Może to prowadzić do bardzo odmiennego ogrzewania dwóch lustrzanych BJT. Rycina B, ponieważ istnieje jeden VBE dla VCE Q4 i dwa VBE dla VCE Q3, powinno być dwa razy więcej ciepła w jednym kontra drugim, ale to jest lepsze (przynajmniej pewne złagodzenie różnic) ze względu na dodane ustawienie Wczesnego efektu kompensujące Q5 .

jonk

Jeśli chcesz utrzymać oba tranzystory w tej samej temperaturze, powinny one mieć to samo rozproszenie (tj. Ten sam prąd i napięcie). Wygładza to również niektóre inne źródła błędów (takie jak Wczesne napięcie). Twój drugi schemat nie do końca tego osiąga, ponieważ Vce jednego tranzystora jest wyższy od drugiego. No to ruszamy:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Jest to pełne lustro Wilsona, a rolą Q3 jest upuszczenie jednego Vbe, aby Vce Q1 / Q2 było równe.

Tanim źródłem podwójnie dopasowanych BJT jest DMMT3904 i inne podwójne tranzystory. Nie są monolityczne, więc dopasowanie i śledzenie temperatury nie są tak dobre jak fantazyjne, ale są tanie.

Jeśli jednak chcesz uzyskać najwyższą precyzję, musisz użyć opampa z niskim przesunięciem.

peufeu
źródło

Napisałem o tym Keno, ale nie wspomniałem jeszcze o szczegółach, które dodałeś odnośnie dodatkowego BJT w pełnym Wilsonie. Dobry dodatek +1 Bada te pomysły na protoboardach i różnicuje rzeczy, aby zobaczyć, co się stanie. (Jestem pod dużym wrażeniem jego dokładnych testów, aby zobaczyć zachowania, które powinien następnie lepiej zrozumieć.) Żaden z tych obwodów, twojego ani Neila, nie omawia metod kompensacji beta. (Rezystory emitera dotyczą ISAT / VBE plus kompensacja temperaturowa, nie beta). Ponieważ robi dyskretne rzeczy, musi cofnąć się o 50 lat, aby zobaczyć, jak Widlar poradził sobie z tymi rzeczami.

jonk

Tak, w dzisiejszych czasach dobrze jest widzieć kogoś, kto uczy się elektroniki i faktycznie eksperymentuje i próbuje zrozumieć szczegóły, zamiast po prostu

uderzać w nią arduino

Aby uzyskać dopasowane źródła prądu, należy użyć macierzy tranzystorowych, takich jak (oryginalny) RCA CA3046. Jest teraz sprzedawany przez Harrisa lub Intersil. Pasuje do bazy emiterów 5milliVolts, co stanowi około 10%. Co więcej, biorąc pod uwagę, że nie masz możliwości użycia wielu pasków emitera i intercyfrowania ich, będziesz potrzebował rezystorów degeneracyjnych emitera.

analogsystemsrf
źródło

Chciałbym zobaczyć ulepszony CA3096, w którym niskie boczne PNP są przystosowane do działania porównywalnie z NPN w urządzeniu. Potrzebuję mieszanego NPN / PNP na tej samej kości. Prawdopodobnie będę musiał pośredniczyć temu przeklętemu rzeczowi, jeśli kiedykolwiek będę chciał go zdobyć.

jonk

Motorola kiedyś sprzedawała takie. Użyłem ich do zbudowania aktywnego zacisku na węźle sumującym ADC. Był zbyt wolny, ponieważ ignorowałem pojemność Millera wzmacniacza cęgowego sprzężenia zwrotnego. Jeśli chodzi o podobnie szybkie NPN i PNP, Harris Corp w Melbourne FLA ma dielektrycznie izolowane opampy, zaprojektowane tak, aby działały dobrze w środowiskach o strumieniu promieniowania, prawdopodobnie dlatego systemy prowadzenia bezwładnościowego w głowicach bojowych będą nadal działały dokładnie w atmosferze o dużym obciążeniu atomowym.

analogsystemsrf

@jonk Dziękujemy za wzmiankę o Chabay kilka miesięcy temu. Dobra lektura. Jeśli chodzi o tranzystory na tej samej matrycy, nadal będą występować przejściowe niedopasowania termiczne w przedziale czasowym 114 uS, przy założeniu, że urządzenia są w odległości 100 mikronów. Jeżeli tranzystory polowe z pasami cyfrowymi (można to zrobić z różnicami) z odstępem Ma do Mb wynoszącym 10u, tau termiczne będzie 100 razy szybsze (jego odwrotny kwadrat) przy 1,14uS; przy 1 mikronie tau termiczne wynosi 11,4 nanosekundy.

analogsystemsrf

Interesujące dodane informacje o stałych czasowych. To jest poza moimi hobbystycznymi doświadczeniami, ale interesujące tak samo.

jonk

@ jonk Używamy tych stałych temperaturowych efektów czasowych w narzędziu Signal Chain Explorer do przewidywania zniekształceń termicznych obwodów OpAmp, w tym podgrzewania różnic w wyniku zmian prądu wyjściowego (razy VDD opampa, jako przybliżona zmiana ciepła). To samo dotyczy rezystorów. Metr sześcienny krzemu ma Tau cieplne wynoszące 11 400 sekund, co jest odwrotnością stałej fizyko-dyfuzyjności cieplnej. Mikron sześcienny, o 1 milion X mniejszy, jest o 1 bilion X szybszy przy 11,4 nanosekundach.

analogsystemsrf