Ayarlanabilir Akım Kaynağı Parazit Sorunu

[Tagli]

Daha önce bu başlıkta gerilim kontrollü bir akım kaynağı yapmak istediğimden bahsetmiştim. Üzerinden baya zaman geçti, devreyi yaptım. Genel olarak olması gerektiği gibi çalışıyor ancak çekilen akımda sebebini çözemediğim bir dalgalanma var. 160 kHz civarında ve basit bir RC filtresi ile yok edebiliyorum.

Sorun şu ki amacım değişken bir yük direncine hem istediğim akımı uygulamak hem de bu sırada bu direncin değerini ölçmek. Devrenin test işlemini 15 ohm'luk (5 W) sabit bir dirençle yapıyorum. Düşük referans voltajları ile 0.1 A altında akım geçirmeye çalıştığımda filte çıkışı gerçek değere göre ciddi hatalar göstermeye başlıyor. Direnç değerini hassas olarak hesaplamak istediğim için bu durum sorun çıkarıyor. NI PCIe-6259 ve LabView 8.6 kullanarak yük direnci üzerindeki gerilimi ölçülen akım değerine bölüyorum ama hesaplanan direnç değeri düşük akımlarda saçmalıyor, örneğin 5 ohm'a düşüyor.

Devre şeması aşağıda: (Çıkışlardaki filtre şemada gözükmüyor ama LM358 ile tamponladıktan sonra filtreye soktum. R = 150  ohm, C = 22 nF). Şekilde gözükenin aksine, besleme voltajım 15 V ve negatif besleme -8.5 V civarında (ICL7660 ile).
[IMG]http://img546.imageshack.us/img546/3603/ch1yt.png[/img]

Aşağıda ise sırasıyla 0.15 A ve 0.06 A için filtrelenmiş ve filtrelenmemiş osiloskop görüntüleri var. Okunan yer şemada "CH1_Vsens" olarak gözüken yer. Verdiğim akım değerlerini güç kaynağından okuyarak söylüyorum. Ekranında gördüğüm değerin büyük oranda doğru olduğunu daha önce yaptığım bir ölçümden biliyorum.
[IMG]http://img815.imageshack.us/img815/219/fotoraf0053w.jpg[/img]

[IMG]http://img198.imageshack.us/img198/1094/fotoraf0055k.jpg[/img]

Akımın bu şekilde dalgalanmasının sebebi ne olabilir ve bu konuda ne yapmalıyım?

[OG]

Şemada yeri belli olmayan noktalar var, U1Bp5, U1Cp8 gibi.

Ayrıca U2A ne işe yarar anlayamadım. GND den alıyor, çıkışa GND/2 veriyor ?? Bu nokta oynak hale gelebilir.

[Tagli]

Hocam, U1Bp5 (CH1_Vref) dışarıdan gelen referans voltajı. 0-5 volt aralığında olacak. Örneğin 2 volt verirsem yük direnci üzerinden 0.2 A aksın istiyorum. U1Cp8 (CH1_Vsma) ise yük direnci üzerindeki voltaj düşümünün çıkışı. Bunu da DAQ kartı ile okuyacağım.

Devrede bulunan 2 direnç üzerindeki gerilim düşümlerini bulmak için ikisine Insturmentation Amplifier bağladım. Gerçi normalde bunlar biraz daha değişik oluyor, buradaki gibi. Ama ben kazanımı gerektiğinde 1'in altına düşürebilmek için çıkışa ayrıca bir tersleyen kuvvetlendirici koydum. Şekilde üstte gözüken pot o kalibrasyon için. Yani çıkışı 10 kat güçlendirecek ki 2 volt referans verince 0.2 A akım aksın. Alttaki pot ise yük direnci (Vsma) üzerindeki gerilim için kazanımı ayarlıyor. Bunu şimdilik 1 olarak tutuyorum.

Normalde R3 direnci üzerindeki gerilimi okurken Insturmentation Amplifier kullanmaya gerek kalmaması lazım ama nedense bu şekilde kullanmadığımda devrenin daha da saçma çalıştığını gördüm.

[z]

Opamplarla isi karmasiklastirmissin.

Yapmak istedigin is icin tek bir opamp yeterli. 

Mevcut tasarimi iylestirmek istersen feedback hatlarina RC ler ekleyerek AC kazanci sinirlamayi dene.

Eger yuk akimini akitan transistorun hfe si dusuk ise bunun base akimini opampdan asilman zor olur. Opamp cikisina transistorlu akim yukseltici eklemen gerekir.

Fakat daha iyisi TDA2030 vs ses amplifikatorleri de birer opampdir. Bunlari kullanmayi deneyebilirsin. 

[Tagli]

Bence geri besleme hattında gecikme var. Gün içinde o kadar çok deneme yaptım ki gözlemlerimi tam olarak hatırlayamıyorum, ama yanlış hatırlamıyorsam bir ara opamp girişi ve çıkışı arasında 2 us gecikme gözüme çarpmıştı. Benim devrede o hatta 3 opamp var, bu da 6 us gecikme yapıyor. Şekilde gözüken şeyin dışarıdan gelen bir parazit olmadığı belli aslında. Bir arkadaş beni bu konuda uyarmıştı "Bu parazite benzemiyor." diye ama o zaman aklımıza gecikme meselesi gelmediği için ne olduğunu çözememiştik. Sistem anında tepki verebildiği için (zaman sabiti 0 kabul edilebilir) geri besleme hattındaki gecikme osilasyona sebep oluyor.

1 ohm'luk direnci sürücü opamp'a (transistörü süren) doğrudan bağlayınca osilasyon duruyor. Arada 1 adet terslemeyen kuvvetlendirici eklersem, osilasyon başlıyor yine ama öncekinden daha az oluyor.

Yarın emin olmak için arka arkaya 3-4 opampı tampon biçiminde bağlayıp girişine bir sinüs verip çıkışını gözlemleyeceğim. İşler o zaman kesinlik kazanacak. Belki de tamamen yanılıyorumdur.

Şİmdi bir baktım da LM358'in datasheet'inde şu iki grafik dikkatimi çekti:
[IMG]http://img69.imageshack.us/img69/314/opampstepresponse.png[/img]
Bunlar 2 us'lik gecikmeyi doğrular gibi. Bu konuda yapabileceğim birşey var mı? Daha hızlı cevap veren opamp modeli var mı bildiğiniz?

[OG]

Daha hızlandırmak değil, daha yavaşlatmanız gerek. Bu sebeple yükselteçleri bir miktar integral alıcı pozisyonuna kaydırmanız gerek. Paralel kondansator ekleyerek.

Yani R9 ve R10 a direk paralel kapasite,
bu tip direnci "trimpot" yapısında olan U1C ve U2C nin çıkışı ile eviren girişi arasına kapasite ilave etmeniz gerekir düşüncesindeyim.

Ayrıca U2A nın görevini halâ anlayamadım. Voltaj takipçisi yapısında ve GND (0V) değerini takip edip, çıkışında 2 ye bölüyor. Bu opamp bu hali ile, ofset vs den dolayı çıkışında minik salınımlar yapabilir.

[Tagli]

Devreyi oldukça sadeleştirdim. Geri besleme hattı sadece 1 adet terslemeyen kuvvetlendiriciden oluşuyor. Fark alıcının (yük direnci üzerindeki) da tamponlarını çıkardım. Yani devrede şimdi sadece 3 op-amp kaldı.

Ancak farkettim ki elimdeki LM358'lerden birkaçı mükemmel değilse de oldukça tatmin edici sonuç verirken diğerlerinin sonuçları korkunç oluyor. Piyasada çakma (patates) opamp olabilir mi size denk geldi mi hiç? İki opamp'ın da markası ST gibi gözüküyor ama ilginçtir ki daha sahte gözüken daha iyi sonuç veriyor.

Ayrıca, devreyi yine ST marka 741'ler ile kurduğumda tatmin edici sonuçlar alırken, elimdeki LM324'lerin hiçbiri iyi sonuç vermedi.

Sonuçlardaki farklılık opamp'ların hangi karakterinden kaynaklanıyor olabilir? Datasheet'te hangi değerlere bakmalıyım yani?

Son denemeleri breadboard üzerinde yaptığımdan elimde çizilmiş bir şema yok ama sözel anlatımım anlaşılmazsa çizip ekleyebilirim.

[Erol YILMAZ]

Özellikle opamplarda Texas marka olanları deneyiniz...

[Tagli]

Sorunu, devre tasarımını büyük ölçüde değiştirerek çözdüm. Sorunun nedeni hakkında da bazı tahminlerim var. Tasarımı baskı devreye geçirince tekrardan test edip ayrı bir başlıkta paylaşacağım.