Amatorski charakterograf - weryfikacja pomysłu.

[popiol17]

Chciałem zbudować prosty, cyfrowy charakterograf, proszę o weryfikację mojego pomysłu.

Założenia następujące:

1. Na AVR 8-bit, na początek wykorzystanie wbudowanego ADC (8bitów, 0..5V).
2. Napięcie Us1 podawane "na sztywno" bez pomiaru, zadane przez AVR (np. LM337 i przekaźniki).
3. Na początek badanie tylko triod lub pentod w połączeniu triodowym (ECCxx, PL504, itd...).

Ogólny opis układu z schematu:
1. AVR generuje sygnał PWM o zmiennym wypełnieniu i podaje na T2.
2. Dostajemy przebieg PWM o amplitudzie 400V, który zostaje podany na wejście filtru dolnoprzepustowego C1 R5.
3. Na bramie T1 otrzymujemy stałe napięcie z przedziału 0-400V zależne od współczynnika wypełnienia PWM .
4. Poprzez dzielnik R6, R7 AVR otrzymuje informację zwrotną o Ua, koryguje współczynnik wypełnienia.
5. Pomiar prądu dokonywany jest przez R1 - zmiana zakresu pomiaru przez załączanie przekaźnikiem różnych wartości R1.
6. Pomiar prądu przez osobny uC pływający na potencjale ADCG Ia...
7. ...lub jeden uC przekaźnikami przełączany na potencjał ADCG Ia, ADCG Ua, wtedy sterowanie PWM poprzez np. PC817.

Wartości elementów na schemacie są oczywiście przybliżone.

Co bardziej doświadczeni koledzy sądzą o takim rozwiązaniu?

[sppp]

Ja bym dał filtr dolnoprzepustowy zaraz za prockiem, potem prosty regulator liniowy (2 tranzystory i wzmacniacz operacyjny, napięcie z procka jako referencyjne). Wyjdzie na to samo, ale bardziej stabilnie i moim zdaniem bardziej elegancko. Układ właściwie taki sam jak ten twój, tylko bramka T2 sterowana z opampa z odpowiednio dobranym wzmocnieniem. Wówczas odpuszczasz sobie również sprzężenie USZ za pośrednictwem procka celem regulacji napięcia, takie sprzężenie jest jest banalne do oprogramowania (tak mi się zdaje). Na pewno opamp jest prostszy. Oczywiście odczyt Ua możesz robić, uzyskasz większą dokładność pomiarów, ale bez wykorzystywania do sprzężenia.
Nie bardzo rozumiem dlaczego R1 dałeś w anodzie a nie w katodzie. Wówczas nie potrzeba żadnych "pływających procków" bo mierzysz w odniesieniu do masy.

[Tomasz Gumny]

1. Na AVR 8-bit, na początek wykorzystanie wbudowanego ADC (8bitów, 0..5V).

W zasadzie wszystkie mają już ADC 10-bitowe.

2. Napięcie Us1 podawane "na sztywno" bez pomiaru, zadane przez AVR (np. LM337 i przekaźniki).

Przekaźniki są duże i drogie. Proponuję klucze analogowe lub jakoś przenieść poziom PWM.

3. Na początek badanie tylko triod lub pentod w połączeniu triodowym (ECCxx, PL504, itd...).

Szybko zapragniesz więcej.

1. AVR generuje sygnał PWM o zmiennym wypełnieniu i podaje na T2.
2. Dostajemy przebieg PWM o amplitudzie 400V, który zostaje podany na wejście filtru dolnoprzepustowego C1 R5.

Takie 400-woltowe zbocza mogą być źródłem zakłóceń.

3. Na bramie T1 otrzymujemy stałe napięcie z przedziału 0-400V zależne od współczynnika wypełnienia PWM .

Tutaj należałoby oszacować wymagany krok napięcia, bo to wpłynie na częstotliwość PWM, co z kolei ma wpływ na stałą czasową R5/C1, która powinna zapewniać tętnienia mniejsze od kroku przy rozsądnym opóźnieniu, żeby programowa pętla stabilizacji się nie wzbudzała. Obawiam się, że częstotlwość wyjdzie na tyle duża, że będzie trzeba modyfikować sterowanie T2. Z kolei C1 będzie rozładowywany przez R5 a ładowany przez R4+R5, więc zależność chyba nie będzie liniowa (mogę się mylić).

4. Poprzez dzielnik R6, R7 AVR otrzymuje informację zwrotną o Ua, koryguje współczynnik wypełnienia.

Ok.

5. Pomiar prądu dokonywany jest przez R1 - zmiana zakresu pomiaru przez załączanie przekaźnikiem różnych wartości R1.

Proponuję raczej dołączać kolejne rezystory do jednego włączonego na stałe.

6. Pomiar prądu przez osobny uC pływający na potencjale ADCG Ia...

Właśnie jestem na etapie aplikowania transoptora w układzie liniowym wg pomysłu RomkaD. W zakresie 0..20mA liniowość jest całkiem przyzwoita. Niestety rozrzut nachylenia charakterystyk jest spory i jeszcze nie sprawdzałem jak to wygląda przy zmianie temperatury.

7. ...lub jeden uC przekaźnikami przełączany na potencjał ADCG Ia, ADCG Ua, wtedy sterowanie PWM poprzez np. PC817.

W takim wypadku wszystkie manipulatory, diody, wyświetlacze miałbyś na wysokim potencjale i musiałbyś izolować interfejs do komputera.

Co bardziej doświadczeni koledzy sądzą o takim rozwiązaniu?

Cieszą się, że znowu coś powstaje.

[popiol17]

Dziękuję za cenne wskazówki.

A w zasadzie po co mi jest potrzebne regulowane źródło napięcia Ua?

Napięcie łagodnie narasta, w tym czasie uC ściąga kolejne punkty (Ia, Ua).

[Tomasz Gumny]

Do zdejmowania charakterystyk anodowych jak znalazł, ale co z siatkowymi?
W zasadzie nie jest potrzebny nawet układ kształtujący zbocze, bo można mierzyć na zboczu wyprostowanej sinusoidy. W takich układach wyzwaniem jest zapewnienie odpowiedniego napięcia siatki drugiej. Mierząc tylko triody nie masz tego problemu, ale warto wiedzieć, że przy rozbudowie o zasilacz siatki drugiej takie coś się pojawi.

[sppp]

A może zamiast PWMa zrobić układ z liniowo narastającym napięciem (analogowy). Sposób pomiaru zaproponowany przez ciebie jest trochę nieelegancki. Masz niejednakową rozdzielczość przy niskich i wysokich Ua. Układ ładujący kondensator w bramce mosfeta - źródło prądowe. AVRy mają więcej niż jednego DACa więc dla lepszej dokładności pomiaru mierzysz Ia i Ua. Odpada ci wówczas również temat synchronizacji DACa i jego PWMa z uwzględnieniem przesunięcia fazowego wprowadzanego przez filtr RC.
Jak rozbudujesz układ ładujący tak, żeby również rozładowywał kondensator (liniowo albo skokowo) to dodatkowo możesz obserwować wyniki na oscyloskopie - taki bajerek ale na początek cieszy. Do sterowania sitaki pierwszej możesz użyć wyjść cyfrowych procka i zbudować na tym prosty przetwornik ADC na opornikach (drabinka 2R-R, taki jak kiedyś COVOX) + parę tranzystorów. Już 4 bity rozdzielczości (16 kroków) pozwolą ci na zdejmowanie charakterystyk takich jak w notach katalogowych lamp.
To tylko takie koncepcje i pomysły, całość byłaby nieco bardziej skomplikowana, ale do ogarnięcia.

[federerer]

Ja bym poszedł w stronę pwm, filtru dolnoprzepustowego, opampa, mosfeta i dzielnika rezystorowego w roli sprzężenia - czyli chyba to samo co proponuje sppp. W symulacji mi kiedyś działało, a miało (może będzie jak znajdę czas) pracować w zasilaczu regulowanym.

[popiol17]

I chyba taki układ zastosuję (2xtranzystor + wzmacniacz operacyjny). Czerpię pełnymi garściami z zasilacza Traxmana prezentowanego na forum i sekcji zasilania STK500 . Między katodą a masą będę miał rezystor do pomiaru prądu, w skrajnym wypadku odłoży się na nim 5V - Odejmować ten spadek od mierzonego U(anoda-masa) (zasilanie Us1 będzie "wisieć" na potencjale katody, więc problemu nie ma) czy dać sobie spokój szczególnie przy 400V/8bitów -> dokładność 1,56V...

[sppp]

Opornik w katodzie można dać mniejszy (1om) a za nim wzmacniacz operacyjny wzmacniający napięcie tak by procek dostawał odpowiedni poziom napięcia (znaczy zakres poziomów) na ADC. Z drugiej strony skoro i tak mierzysz tą wartość to dlaczego jej nie odjąć od Ua? To akurat bardzo proste do zaprogramowania.
Jeśli chodzi o sposób "sterowania" napięciem Ua - każdy sposób jest dobry tylko inny. W tym przypadku dążył bym raczej do uproszczenia.

[Tomasz Gumny]

[...]w skrajnym wypadku odłoży się na nim 5V

Przyjmij mniejszy spadek napięcia zatem i mniejszy bocznik. Wbudowane ADC mają możliwość wzmacniania napięcia wejściowego x8..x32 (zależnie od procesora). Wadą jest to, że traci się 2 piny (wzmacniacz działa różnicowo), ale za to mierzy się spadek napięcia bezpośrednio na boczniku, więc pomijana jest większość zakłóceń od masy.

[qdlaczian]

... 400V/8bitów -> dokładność 1,56V...

To AVR-y nie mają 10 bitowego przetwornika ? Moja Atmega328 ma 10Bit.

[popiol17]

Jest 10-bitowy, ale realnie to dokładność wynosi 8 bitów.

[sppp]

A możesz wytłumaczyć mi skąd bierze się to o czym piszesz? Dlaczego realnie 8 bitów, a nie 10?

[VacuumVoodoo]

Rozdzielczosc to nie to samo co dokladnosc. Dochodzi caly budzet bledów.

[sppp]

No właśnie o to mi chodziło. Ale myślę, że jak ATMEL wbudowuje przetwornik ADM 10bit to one są w stanie taką rozdzielczość uzyskać. A problem tkwi w elementach zewnętrznych, które mogą zaniżać dokładność.