Frage:
Batterie und virtueller Boden
gscofano
2016-08-03 11:41:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ich habe eine 24-V-Batterie und versuche, daraus eine virtuelle Masse zu erhalten. 90% der Schaltkreise, die ich gefunden habe, beschränken sich auf einen Operationsverstärker, der eine sehr geringe Stromsenkung aufweist. Ich versuche, ein Paar Transistoren in Push-Pull-Konfiguration hinzuzufügen, aber meine Simulationen schlagen fehl und ich habe keine Ahnung warum. Ich würde mich sehr freuen, wenn mir jemand dabei helfen könnte.

enter image description here

So weit, so gut. Ich simuliere das Szenario, in dem zwischen -V und 0 nichts angeschlossen ist und eine hohe Last zwischen 0 und V + angeschlossen ist. Ich habe 10,8 V an RL und das ist großartig. Wenn ich jedoch das Szenario versuche, in dem nichts von 0 bis V + verbunden ist und meine Last zwischen V- und 0 liegt, erhalte ich 0 V für meinen Lastwiderstand.

enter image description here

Ich dachte, dass in diesem zweiten Fall der Operationsverstärker einen kleinen Basisstrom für den Q1-Transistor liefern würde, der dann einen höheren Strom von der V + -Leitung ansteuern und den Lastwiderstand speisen würde. Es scheint jedoch nicht so zu funktionieren. Könnte mich bitte jemand aufklären oder mir ein paar Tipps geben?

Benötigen Sie nicht mindestens zwei Vbe-Tropfen zwischen den Basen von Q1 und Q2?
Fünf antworten:
#1
+10
Transistor
2016-08-03 12:09:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Das Problem ist, dass Ihr Rückkopplungssignal vom falschen Ort stammt.

enter image description here

Abbildung 1. Korrigierte Rückkopplungsschleife . (Rot = Entfernen, Grün = Hinzufügen.)

In Ihrem ursprünglichen Layout überwacht das Rückmeldesignal den Ausgang des Operationsverstärkers, hat jedoch keine Ahnung, was an der Last passiert, auf die es ankommt. Wenn die Schaltung arbeitet, ist die Spannung an RL2 dieselbe wie an Pin 3. Ich denke, wenn Sie sie messen, werden Sie feststellen, dass sie um 0,7 ausgeht, der Spannungsabfall zwischen Emitter und Basis von Q2.

Nehmen Sie stattdessen die Rückmeldung von der Verbindungsstelle der Emitter von Q1 und Q2. Der Operationsverstärker wird nun korrigiert, bis dieser Punkt auf dem gleichen Potential wie Pin 3 liegt.

Beachten Sie, dass diese Anordnung in einigen Situationen problematisch sein kann (z. B. Push-Pull-Audioverstärker, da der Wechsel von der Beschaffung erfolgt) Basisstrom für Q1 zu sinkendem Basisstrom von Q2 Der Operationsverstärker muss plötzlich von +0,7 V auf -0,7 V umschalten. Um dies zu lösen, wird eine Vorspannungsanordnung verwendet, um einen "Ruhestrom" durchzulassen, um beide Transistoren in der Nähe dieses Punktes leicht eingeschaltet zu halten. In Ihrer Anwendung spielt dies möglicherweise keine Rolle.

#2
+5
Spehro Pefhany
2016-08-03 19:36:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Die Simulation schlägt fehl, weil Sie einen Komparator anstelle eines Operationsverstärkers verwenden.

Der Komparator ist nicht stabil für die Einheitsverstärkung und hat einen Open-Collector-Ausgang, was bedeutet, dass er keinen Strom liefern kann und wenn er könnte, würde er schwingen.

Verwenden Sie einen Operationsverstärker wie einen LM358, und es funktioniert, aber es ist besser, vom Ausgang (Transistoremitter) als vom Operationsverstärkerausgang eine Rückmeldung zu geben.Es besteht nur eine geringe Instabilitätsgefahr, wenn Sie nicht über eine sehr große Lastkapazität verfügen, da die Transistoren keine Spannungsverstärkung aufweisen.

+1: vor allem, weil Sie die Teilenummer jenseits des offensichtlichen "Fehlers" bemerkt haben, die BJTs nicht in die Rückkopplungsschleife einzuschließen.(Ich habe diese winzige Zahl komplett verpasst! :-)
#3
+4
jonk
2016-08-03 12:28:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ein eklatantes Problem in Ihrem Beispiel ist, dass Sie keine Vorspannung für Ihre BJTs angegeben haben. Sie benötigen jeweils ein \ $ V_ {be} \ $, um in ihrer aktiven Region zu operieren, und das Zusammenbinden der Basen bedeutet, dass dies nicht passieren wird. Ihre Emitter sind dann meist nur "schwebend". Sie müssen also zunächst eine angemessene Vorspannung bereitstellen.

Ein sehr billiger Weg, dies zu tun, besteht darin, die Basen durch Verwendung von zwei Dioden, die selbst in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind und arbeiten, auseinanderzubekommen. (Sie "hoffen" vorerst, dass die beiden Dioden einen ausreichenden Unterschied bieten, um diese Vorspannung bereitzustellen.) Ein Widerstand kann diese Dioden mit etwas Strom versorgen. In diesem Fall benötigen Sie jedoch zwei, um die Dioden ungefähr in der Mitte zu platzieren und damit beide Basen nicht an ihre Kollektoren gebunden sind. Diese beiden Widerstände, in meinem ersten Beispiel \ $ R_3 \ $ und \ $ R_4 \ $, sollten dazu denselben Wert haben.

Sie müssen sicherstellen, dass genügend Strom fließt durch die Kette \ $ R_3 \ $, \ $ D_1 \ $, \ $ D_2 \ $, \ $ R_4 \ $, so dass ein Teil davon abgesaugt wird, um entweder \ $ Q_1 \ $ oder \ $ Q_2 \ $ zu fahren den halben Punkt zu sehr verärgern. Teilweise wird dies gelöst, indem \ $ R_3 \ $ und \ $ R_4 \ $ niedrig genug gemacht werden. Teilweise wird dies in dieser ersten Schaltung durch Hinzufügen von \ $ C_1 \ $ und \ $ C_2 \ $ gelöst, um die Stabilisierung für zeitabhängige Änderungen zu unterstützen. (In der zweiten Schaltung erledigt der Opamp diese Aufgabe.) Die Werte, die ich für die Kondensatoren angegeben habe, sind nur eine fundierte Vermutung. Ein echtes Design würde einen Weg finden, diese besser zu quantifizieren. Gleiches gilt für \ $ R_3 \ $ und \ $ R_4 \ $, die natürlich unter Berücksichtigung Ihrer maximalen BJT-Basisströme ausgelegt werden müssen.

schematic

simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Das obige Schema enthält auch einige Emitterwiderstände. Sie helfen dabei, den Ruhestrom einzustellen und zu stabilisieren, eine gewisse Stromerfassung für den Überlastschutz zu ermöglichen und ein thermisches Durchgehen zu vermeiden. Die Diskussion wird jedoch komplex, da zunächst über die Frage gestritten wird, wie wichtig (oder nicht) der Ruhestrom tatsächlich ist, und schließlich erkannt wird, dass es mehr um die Spannung am \ $ V_ {be} \ $ geht und / oder Emitterwiderstand. Der Fokus erreicht dann den optimalen Übergangspunkt. Und ehrlich gesagt glaube ich nicht, dass ich hier darauf eingehen möchte. Lassen Sie mich einfach sagen, dass Sie ein wenig mit den Werten "spielen" und sehen können, was für Sie funktioniert. Fügen Sie einfach etwas in Ihre Schaltung ein, damit Sie mit den Werten spielen können. Sie möchten nicht, dass sie zu viel Spannung abfallen. Aber einige. Vielleicht versuchen Sie etwas, das zwischen 2 und einem Faktor von 10 mehr als die \ $ \ frac {kT} {q} \ $ Spannung von etwa 26-30 mV als Ausgangspunkt liegt?

Unabhängig davon, ob Sie ' Nachdem Sie diese Emitterwiderstände untergebracht haben, können Sie sie jederzeit kurzschließen. Es kann gut für Sie sein, das zu tun. Aber zumindest haben Sie einen Ort, an dem Sie ein beobachtetes „Problem“ heilen können, wenn Sie hier etwas Platz für sie lassen. Mein Wert von 10 \ $ \ Omega \ $ wurde von mir nicht berücksichtigt.

Nun zum Opamp-Fall.

schematic

simulieren diese Schaltung sup>

Durch Hinzufügen des Operationsverstärkers können die beiden früheren Kondensatoren (die für eine gewisse dynamische Stabilität verwendet werden) über Bord geworfen werden. Es werden dynamische Änderungen der Belastung verarbeitet und Anpassungen vorgenommen, um Schwankungen der Transistorbasisbelastung zu bewältigen. In diesem Fall möchten Sie, dass Ihr negatives Feedback von dem tatsächlichen Knoten kommt, den Sie unter Kontrolle haben möchten. Dies ist Ihr VGND-Knoten. Sie möchten die Mittenspannung Ihrer beiden Dioden nicht steuern. Sie möchten Ihre VGND steuern und den Opamp den Rest für Sie herausfinden lassen. Daher kommt Ihr negatives Feedback. Der positive Knoten geht zu einem Spannungsteiler. Sie möchten, dass die Widerstände so nahe wie möglich an demselben Wert liegen, den Sie verwalten können. Ich habe gerade 10k verwendet, weil Sie es getan haben und es kein schlechter Wert ist.

Außerdem können Sie den Opamp-Ausgang stattdessen mit der Basis \ $ Q_2 \ $ oder stattdessen mit der Basis \ $ Q_1 \ $ verbinden . Oder die Mitte der beiden Dioden, wie gezeigt. Dies spielt hier keine Rolle, da alle drei dieser Knoten gut im Ausgangsspannungsbereich des Operationsverstärkers liegen und die Dioden nur "stapeln". Es ist also nicht wichtig. Ich habe den Mittelpunkt der Dioden verwendet, weil er eher dem ersten Schaltplan ähnelt. (Aufgrund früherer Erfahrungen könnte ich die Basis von \ $ Q_2 \ $ wählen, nur weil es mich mehr daran erinnert, wo das VAS die Dinge in einem üblicheren Audioverstärker steuert.)

Sie können ein \ $ in Betracht ziehen V_ {be} \ $ Multiplikator zwischen den Basen anstelle von zwei Dioden, wie gezeigt, damit Sie die Spannung zwischen den Basen für einen optimalen Betrieb einstellen können. Diese bestehen aus einem BJT und einigen Widerständen und ermöglichen es Ihnen, an der Vorspannungsverteilung zwischen den Basen von \ $ Q_1 \ $ und \ $ Q_2 \ $ zu basteln. Die gezeigten Dioden reichen möglicherweise nicht aus, obwohl sie normalerweise in Ordnung sind. Unterschiedliche Dioden verhalten sich jedoch unterschiedlich und es ist theoretisch möglich (während typische Emissionskoeffizienten für Dioden gegenüber BJTs dies unwahrscheinlich machen), dass Sie Dioden wählen, die Sie nicht dahin bringen, wo Sie es wollten.

Ich werde nicht Belabor, dass außer um ein Diagramm zu präsentieren, wie man aussehen könnte:

schematic

simulieren diese Schaltung sup>

Die obigen Angaben umfassen \ $ R_7 \ $, \ $ R_8 \ $, \ $ R_9 \ $ und \ $ Q_3 \ $ ersetzt die Dioden. Die für \ $ R_7 \ $, \ $ R_8 \ $ und \ $ R_9 \ $ angezeigten Werte sind im Beispiel völlig bedeutungslos. Sie müssen sie tatsächlich berechnen. Aber \ $ R_8 \ $ und \ $ R_9 \ $ stellen die Spannungsspreizung ein und \ $ R_7 \ $ kompensiert den frühen Effekt in \ $ Q_3 \ $. Ich könnte Ihnen sagen, wie man das alles berechnet, aber wenn Sie nicht wirklich dorthin müssen, werde ich mich kurz fassen.

[Bearbeiten: Auch Tempco kann wichtig sein. Das \ $ V_ {be} \ $ von \ $ Q_1 \ $ und \ $ Q_2 \ $ ändert sich stark mit der Temperatur (nicht selten in der Nähe von \ $ \ frac {-2,2 mV \ pm 0,2 mV} {^ \ circ C} \ $ schließlich wird sowohl mit dem Ebers-Moll- als auch mit dem \ $ I_s \ $ -Tempcos gesagt und getan.) Es wird also daran gearbeitet, eine Art Vorspannung zu erhalten, die versucht, den Ruhestrom weniger temperaturabhängig zu halten. Dies kann eine thermische Bindung der Dioden oder des Multiplikators BJT des \ $ V_ {be} \ $ an \ $ Q_1 \ $ und \ $ Q_2 \ $ beinhalten. Genaue Strategien gibt es zuhauf.]

Die Ausgabe des Operationsverstärkers würde wahrscheinlich auf den Knoten gesetzt, auf dem sich die Basis von \ $ Q_2 \ $ befindet, wie gezeigt.

(Sie könnten auch Kaufen Sie einfach einen TLE2426.)

Ihr zweites Diagramm sieht gut aus, aber Sie könnten die Antwort verbessern, indem Sie (1) erklären, wie die Dioden helfen, (2) was Sie mit Vbe-Multiplikator meinen, (3) "Platzhalter" verwirren können.(4) Wozu dienen die 10 Ω-Widerstände?(5) Teilen Sie den Text für jedes Thema in Absätze oder Aufzählungszeichen auf, um die Lesbarkeit zu verbessern.(6) Erklären Sie, worum es im ersten Diagramm geht."OK. Einfach anfangen:" ist möglicherweise keine große Hilfe für das OP.
Hmm.Es ist spät heute Abend, aber ich sehe Ihre Punkte und kann einige davon ausprobieren.(Ich bin mir nicht sicher, was Sie unter Platzhaltern verstehen.) Möglicherweise jedoch morgen.Hängt davon ab.Ich dachte nur, ich würde eine grobe Skizze herausbringen, um zu helfen.Aber du drückst mich!hehe.
Du bist müde (und es ist der Morgen hier, also bin ich wach)."_ Offensichtlich sind die BJTs nur Platzhalter." Ja, ich ermutige Sie, gut formatierte Antworten zu schreiben, die die Frage des OP beantworten, aber auch aufklären!Gute Nacht.
Ich gehe ins Bett.Begann über kT / q, Temperaturstabilisierung und -degeneration zu schreiben, wie man einen Vbe-Multiplikator entwirft und den frühen Effekt mit einem Kollektorwiderstand kompensiert usw. Dann entdeckte ich, dass ich zwar weiß, wie man Latex auf der Seite der Mathematikplatine überschreibt,Ich habe hier keine Ahnung.Ich dachte, $ \ frac {kT} {q} $ würde funktionieren.Aber ich denke nicht.Sehr frustrierend, so unwissend zu sein.Also gehe ich schlafen und werde morgen Dinge mit hässlichen Textgleichungen ansprechen.
Die MathJAX-Trennzeichen auf dieser Site sind "\ $" für Inline und "$$" für separate Zeilen.Gehen Sie nicht zu weit - Sie müssen den Wissensstand des OP abschätzen und nur ein wenig höher zielen.Ein einfacher Einzeiler, der den Grund für jede Komponente erklärt, würde den Trick tun.
@Transistor und Jonk, gut gemacht.Die Qualität dieser Antwort hat erheblich zugenommen und war eine gute Lektüre!
Danke, efox29.Als Bastler ist es schön zu hören.Ich brauchte auch den Kick in die Hose vom Transistor.Also auch dank ihm.
#4
+1
Peter Rottengatter
2016-08-03 18:39:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sie schreiben, dass Sie mit 10,8 V zufrieden sind, wenn Sie Strom aus der positiven Schiene ziehen. Das solltest du nicht. Sie erwarten 12 V, da sich der virtuelle Boden genau in der Mitte befindet. Der Unterschied ergibt sich aus der Basis-Emitter-Spannung von Q1. Dies kann kompensiert werden, indem die Rückkopplung von einem anderen Punkt abgeleitet wird, wie Transistor hervorgehoben hat. Mit seiner Modifikation würden Sie 12 V über die Last bekommen.

Dies löst jedoch nicht die Frage, die Sie sich stellen: Warum funktioniert es überhaupt nicht, wenn Sie Strom von der negativen Schiene ziehen. Die Antwort ist, dass es nicht funktioniert, weil Sie keinen Operationsverstärker verwendet haben. Der LM293 ist ein Komparator mit Open-Drain-Ausgang. Es senkt Strom, bezieht ihn aber nicht. Ersetzen Sie ihn durch einen echten Operationsverstärker wie den TL081, der in einer anderen Antwort erwähnt wurde, und Ihre Probleme sind behoben.

Wenn Sie auch ein gutes dynamisches Verhalten wünschen, müssen Sie auch die Transistorbasen wie vorspannen gezeigt in den Schaltplänen von Jonk.

Bearbeiten: Ich habe 12 V geschrieben, weil ich die Schutzdiode D3 vernachlässigt habe. Wenn Sie dies berücksichtigen, können Sie natürlich nur 11,7 V erwarten.

Ich habe den Komparator vermisst.Willkommen bei EE.SE.+1 für eine gute erste Antwort.
#5
  0
Chupacabras
2016-08-03 11:52:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Was ist mit so etwas? Diese Schaltung verwendet nur 1 Transistor.Die virtuelle Masse befindet sich am Kollektor.

schematic

simuliert diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

UPDATE:

Es hängt davon ab, was genau Sie erreichen möchten.Wenn Sie eine ± 12-V-Quelle aus einer 24-V-Batterie herstellen und ungefähr gleiche Lasten auf beide Schienen laden möchten (nehmen wir an, Sie möchten ~ 1A auf +12 V-Schiene und ~ 1A auf -12V-Schiene laden), ist dies ausreichend

Wenn Sie jedoch sehr unterschiedliche Lasten auf diesen Schienen haben möchten, muss der Unterschied in diesem Transistor abgeführt werden.Angenommen, Sie möchten 1A von +12 V und 1 mA von -12 V laden, damit der Transistor 12 W Wärme abführen kann!In diesem Fall wäre es vielleicht besser, eine Schaltquelle anstelle dieser einfachen, nur auf Transistoren basierenden Lösung herzustellen.

Vielleicht sollten Sie Ihre Lösung erklären.Oder ist es nur eine andere Frage?
Nein, das ist keine andere Frage.Das ist ein Vorschlag an OP.Aber OK, ich kann meiner Antwort eine Erklärung hinzufügen.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
Loading...