Wysokonapięciowe źródło prądowe

[sztyga20]

Poszukuję jakiegoś prostego układu źródła prądowego, nie wiem czy znany układ z diodą LED i tranzystorem będzie wystarczający z kolei układ zaproponowany przez RomkaD wydaje mi się zbyt skomplikowany (chodzi też o to aby źródło zajmowało mało miejsca).

Źródło ma pracować jako obciążenie aktywne stopnia na 6n8p do sterowania 6n13p, amplituda sygnału będzie wynosiła około 140V, napięcie zasilania 400V, prąd źródła 2mA.

Wstępnie jako tranzystor wykonawczy wytypowałem 2SA1156 (w miarę tani, 10W 400V pnp)

Znacie może jakiś układ warty zaproponowania?

[Tomasz Gumny]

W źródle prądowym zbudowanym z diodą LED prąd zależy od różnicy Uf(LED) i Ube(tranzystora). Jeśli tranzystor będzie się nagrzewał, to zmiana prądu wyjściowego może być znacząca.
Zauważ, że dla uzyskania stałego spadku napięcia na LED trzeba przezeń przepuścić przynajmniej kilka mA, czyli tyle, ile chcesz uzyskać ze źródła. Może lepsze byłoby lustro prądowe?
Inne rozwiązanie to połączenie tranzystora NPN i układu TL431. Tyle, że ze względu na oparcie o "wysoką stronę" zasilania do prądu wyjściowego dojdzie prąd układu TL431, co może zwiększyć poziom szumu.
Proponowałbym jednak lustro prądowe na dwóch identycznych tranzystorach PNP, które zresztą często spotyka się w układach audio.

[witko]

Witam,
innym rozwiązaniem (niż lustro) może być zastosowanie źródła prądowego w układzie kaskody
co dodatkowo polepszy jego parametry.

6n8p_amp_v10.JPG

pozdr,wk

[Romekd]

Witam.
No właśnie, w takim źródle opartym o kaskodę ciepło będzie się wydzielało głównie w dolnym tranzystorze, więc zmiany temperatury tego tranzystora nie będą znacząco wpływały na wartość oddawanego przez źródło prądu. Układ można jeszcze bardziej uprościć i większość elementów zastąpić miniaturowymi w obudowach SMD, co wpłynie na dalsze zmniejszenie gabarytów.

Pozdrawiam,
Romek

[Einherjer]

Bodajże w Valve Amplifiers Jonesa było zaproponowanych kilka praktycznych rozwiązań źródeł prądowych, kaskodowe również.

[sztyga20]

Dziękuję, zawsze można na Was liczyć:)

Bardzo podoba mi się ten układ powyżej.

[Tomasz Gumny]

Też mi się podoba, ale mam pewne wątpliwości:
1. Jeśli dobrze pamiętam, to współczynnik temperaturowy Vf dla LED jest ujemny jak w złączu Vbe tranzystora, ale prawie 2-krotnie większy. W zasadzie tu tranzystor się nie grzeje, ale grzeje się LED a jeśli oba elementy zostaną zalane razem, to różnica będzie się powiększać.
2. Czy "światłoczułość" LED nie będzie źródłem zakłóceń?
Proste jest piękne:

Kod: Zaznacz cały

+---------+-o+400V
|         |
|  2xPNP  |
E\|     |/E
  |--+--|
C/|  |  |\C
 |   |    |
 +---+    o
 |       Iout=2mA
 \
 /200k
 \
 |
-+--oGND

Tranzystory muszą być jednakowe i sprzężone termicznie.

Poprawka: dla LED-ów czerwonych współczynnik temperaturowy Vf jest zbliżony do Ube. Pozostaje zatem tylko punkt 2.

[Romekd]

Tomku, lustra prądowe świetnie sprawdzają się w układach scalonych, gdzie wszystkie tranzystory wykonane są na jednej strukturze krzemowej, mają zbliżone parametry i podobną temperaturę pracy. W układach zbudowanych na elementach dyskretnych sprawdzają się średnio, a w układach wysokonapięciowych zachowują się jeszcze gorzej. W przedstawionym przez Ciebie układzie lustra nie ma żadnych elementów kompensacji temperaturowej, na tranzystorach wydzielają się diametralnie różne moce, więc nie ma szans by taki układ działał popranie - nie uda się utrzymać jednakowych temperatur struktur obu tranzystorów nawet gdyby te tranzystory się ze sobą skleiło. Dla niskich napięć można spotkać w handlu specjalne tranzystory podwójne, jednak nie spotkałem się z takimi tranzystorami dla napięć rzędu setek woltów . Można co prawda zaprojektować lustra prądowe bardziej rozbudowane i o lepszych parametrach, ale Kolega sztyga20 pytał o układ możliwie prosty, więc takie układy raczej odpadają.

Współczynniki temperaturowe napięcia przewodzenia LED-ów nie są niestety identyczne ze współczynnikami tranzystorów i dodatkowo zależą w pewnym stopniu od wartości płynącego przez diodę prądu, oraz przedziału temperatury, w jakim dokonujemy analizy zjawiska (od technologi produkcji i konkretnego producenta diody również). O ile dobrze pamiętam, to dla czerwonej diody współczynnik ten wynosi coś koło -1,6 mV/K, dla tranzystora krzemowego ok. -2,3 do -2,1 mV/K, więc bezwzględna wartość współczynnika diody jest jednak mniejsza niż tranzystora i raczej nie uda się z tych elementów w warunkach amatorskich zbudować układu idealnego. Chyba niektóre diody UV mają współczynniki w okolicach -2,3 mV/K, czyli podobnie jak tranzystorów, ale z tego co wiem mają też większą rezystancję dynamiczną niż diody czerwone. Może kiedyś zrobię jakieś eksperymenty i opiszę je na Forum. Niestety wyniki z przeprowadzonych kilka lat temu pomiarów gdzieś mi się zawieruszyły, jednak nie przypominam sobie bym wtedy zauważył wpływ padającego na diodę światła na jej napięcie pracy. Może wpływ ten istnieje, ale na pewno nie jest duży i nie sądzę by miał jakieś znaczenia praktyczne w tym przypadku.

EDIT: Kika informacji na temat zachowania się różnych diod elektroluminescencyjnych w zależności od temperatury (są podane współczynniki temp. napięcia):

http://ecse.rpi.edu/~schubert/Reprints/ ... 20LEDs.pdf

Pozdrawiam,
Romek

[Tomasz Gumny]

Tutaj podano kilka przykładowych wartości:

The coefficient dVf /dT is equal to – 2.3 mV/K for the UV LED sample 3 (λ = 375 nm), – 5 mV/K for the blue LED sample (λ = 455 nm), – 3.8 mV/K for the green LED sample (λ = 530 nm), and – 1.5 mV/K for the red LED sample (λ = 605 nm).

Edit:
Edit2:

[...] na tranzystorach wydzielają się diametralnie różne moce

To akurat można poprawić np. włączając szeregowo z rezystorem diodę Zenera.

[Romekd]

Witam.

Edit2:

[...] na tranzystorach wydzielają się diametralnie różne moce

To akurat można poprawić np. włączając szeregowo z rezystorem diodę Zenera.

Masz na myśli układ lustra z Twojego postu? Nie wydaje mi się by dioda Zenera coś w tym zakresie poprawiła . Tranzystor po lewej stronie jest włączony w taki sposób, że tworzy diodę o spadku napięcia ok. 0,6V, natomiast na tym po prawej stronie będzie się odkładało kilkaset voltów przy tym samym prądzie (2 mA). Tak więc w tranzystorze po lewej stronie będzie się wydzielało w postaci ciepła ok. 1,2 mW, a w tranzystorze po prawej stronie powiedzmy 400 mW (zakładam, że na wyjściu lustra będzie występowało napięcie w okolicach 200 V). Włączenie szeregowo z rezystorem "programującym" diody Zenera "przerzuci" część strat mocy z rezystora na diodę, pozostawiając nie zmienione wartości mocy traconych w tranzystorach. Można dodać jeszcze jeden tranzystor i dwa rezystory i wówczas parametry lustra ulegną znacznej poprawie.

Pozdrawiam,
Romek

[Tomasz Gumny]

[...]Tranzystor po lewej stronie jest włączony w taki sposób, że tworzy diodę o spadku napięcia ok. 0,6V, natomiast na tym po prawej stronie będzie się odkładało kilkaset voltów

Oczywiście masz rację. Może mnie tylko tłumaczyć otępienie po mało przespanej nocy.

[sztyga20]

Mam jeszcze takie pytanie, w czym LED w tym układzie jest lepszy od przykładowo zastosowania dwóch diod krzemowych szeregowo?

[witko]

Witam,
spadnie stabilność temperaturowa źródła prądowego.
Dla wersji z led:
2,3[mV/K]-1,5m[V/K] =0,8 mV/K -> 0,8[mV/K]/510[Ohm] =0,0016 [mA/K]
czyli przy wzroście temp o 10 stopni prąd wzrośnie o ~0,02mA
dla 2 diod Si
2,3[mV/K] -(2*2,3[mV/K]) = -2,3[mV/K] -> -2,3[mV/K]/330[Ohm] = -0,007 [mA/K]
czyli przy wzroście temp o 10 stopni prąd zmaleje o ~0,07mA

pozdr, wk

[Romekd]

Witam.
Lepsze wyniki, przynajmniej teoretycznie, uzyska się stosując dwie czerwone diody elektroluminescencyjne (w połączeniu szeregowym) zamiast jednej:
2,3 mV/K - (2*1,5 mV/K) = -0,7 mV/K -> -0,7 mV/K /1500 Ω = -0,00047 mA/K,
czyli przy wzroście temperatury o 10 st. C prąd źródła zmaleje o 0,0047 mA

Można chyba przyjąć, że po wielu godzinach pracy wzmacniacza lampowego wewnątrz jego obudowy temperatura może wzrosnąć nawet o 40 st. C, a wtedy prąd źródła zmniejszy się o 0,018 mA, czyli spadnie o niecały jeden procent w stosunku do nominalnej wartości prądu dla temperatury pokojowej. Najlepsze rezultaty powinno się uzyskać stosując LED-a UV, gdyż wg. przytoczonych przeze mnie i Tomka materiałów mają one współczynniki temperaturowe napięcia przewodzenia bardzo zbliżone ze współczynnikiem złącza baza-emiter tranzystora krzemowego (2,3 mV/K). Niestety ich cena jest koszmarnie wysoka . Nie wiem też jak przedstawiałyby się szumy takiego źródła prądowego.

Pozdrawiam,
Romek

[sztyga20]

Od siebie dodam jeszcze (tak dla innych początkujących) wzór na przybliżoną oporność dynamiczną takiego źródła (poprawcie jak źle )
R=hfeT1*hfeT2*RE
Gdzie:
hfeT1 - współczynnik wzmocnienia prądowego pierwszego tranzystora
hfeT2 - współczynnik wzmocnienia prądowego drugiego tranzystora
RE - opornik przy emiterze górnego tranzystora