Ez a bejegyzés az áramkör megépítéséről és élesztéséről fog szólni. A tervezés során a fontosabb és/vagy drágább alkatrészeket úgy választottam, hogy azokból lehessen free sample-t rendelni. Például analóg szorzót már nem túl sokan gyártanak, és ennél is kevesebben küldenek belőle free sample-t. Első körben a Texas Instruments-nél kerestem ilyet, de akkor nem találtam, mint utóbb kiderült nekik is van (MPY634), ráadásul free sample-t is szállítanak belőle. Helyette Analog Devices gyártmányú szorzóval (AD734) lett tervezve az áramkör. Ezek eléggé drága alkatrészek, darabjáért 6-10eFt-ot is elkérhetnek. A két műveleti erősítő (OPA277 & OPA1611) esetében is éltem a lehetőséggel és free sample-t kértem belőlük.
A PCB-t először Magyarországról akartam rendelni, de ahogy nézegettem, 10eFt alatt nem lehetett megúszni. Kínában viszont találtam olcsó gyártót, ez a PCBWay volt. 19USD-ért (~5500HUF) kaptam tőlük 5db 65x65mm-es kétoldalas PCB-t. Ebből 10USD volt az 5db PCB és 9USD a szállítás Hongkong Post-al. Emlékeim szerint 3 hét alatt itt is voltak a PCB-k. Update: 2017 január 1-én adtam fel a rendelést, 6-án adták postára, 23-án már a postaládámban volt. Hozzáteszem, hogy 10db 100x100mm-es PCB is ugyanennyibe került volna náluk. Fizetni pedig PayPal-on keresztül lehetett. A PCB így néz ki:
A PCB minőségéről annyit, hogy szemmel láthatóan nem egy rossz kivitel. Némely magyar gyártmányt bőven túlszárnyal, gondolok itt az olyan nyákra ahol pozitív ónmaszk van a réz felületén amely forrasztáskor szépen megolvad és a rajta lévő forrasztásgátló lakk könnyen felválik. Valamint van olyan gyártó is hazánkban, aki a silkscreen-t minden gond nélkül felviszik a pad-ekre is. Ezekhez képest ez a kínai PCB elég jó minőségű, egyetlen hátránya, hogy egy kicsit talán nehezebb forrasztani (vagy csak már nagyon hozzászoktam az aranyozott PCB-hez).
A következő képen a hozzávaló alkatrészeket látjuk, ami nem free sample volt, azt a Mouser-től és a Lomex-től rendeltem.
Az elkészült áramkör a következő képen látható. A potenciométert ingyen kaptam egyik ismerősömtől, ez sem egy olcsó darab, ugyanis ez egy 10 fordulatos huzalpotenciométer. A TO220-as MOSFET hűtőbordáját egy kidobott alaplapról lementett bordából készítettem. A billenőkapcsolóval a terhelést lehet ki-be kapcsolni. A DIL IC közelében lévő jumperrel lehet kiválasztani, hogy CC (konstans áram) vagy CP (konstans teljesítmény) üzemmódban működjön az áramkör. A két kék színű trimmer poti közül az egyikkel az áramkör offset-jét lehet nullázni, a másikkal pedig a hardveres undevoltage szintet lehet beállítani. Ez utóbbi arra szolgál, hogy ha az elemfeszültség alacsonyabb lesz mint a beállított undervoltage feszültség, akkor egy komparátor lekapcsolja a terhelést az elemről. Mindaddig ebben az állapotban marad, amíg a nyomógombbal ki nem töröljük az undervoltage riasztást.
A fenti képen a PCB bal felső sarkában lévő jumperek segítségével lehet a maximális terhelést 1W-ra vagy 10W-ra beállítani. Ezt a lenti képen lehet igazán látni. A 20dB-es állásban 10W a maximális terhelés, a 40dB-es állásban pedig 1W. Ezekkel a jumperekkel tulajdonképpen az áramerősítő erősítését állítjuk be.
Mivel ez egy konstans teljesítményű terhelés, ezért mind az áramot mind a feszültséget mérnie kell. Az árammérés nem okoz különösebb gondot, de a feszültségmérés esetén nagyon nem mindegy, hogy hol mérjük. Ezt az elemhez lehető legközelebb kell megtenni, a legjobb lenne a négyvezetékes mérés. A mi esetünkben a feszültségmérés úgy lett megoldva, hogy közvetlenül ott mérünk ahol az elem a rugóhoz csatlakozik. Az elemtartóból kihúztam a rugós érintkezőt és egy vékony huzalt forrasztottam rá a feszültségméréshez. Ezt láthatjuk a következő két képen.
Az élesztés során az elem helyére egy labortápot kötöttem, mivel ez közvetlenül kijelzi, hogy mekkora a rajta beállított feszültség és azt hogy mennyi áramot vesz ki belőle a műterhelés. Azért akadtak problémák is. Az első bekapcsolás után szkóppal mértem az analóg szorzó kimenetén a jelet, ennek nagysága ugyanis meg kell hogy egyezzen az alapjellel. Azt kell hogy mondjam, valami egész mást mértem.
Gyönyörű szépen gerjed az áramkör! Elméletben az analóg szorzó kimenetén csak DC jelet lehetne mérni. Gondoltam mégiscsak kicsi lehet a fázistartalék. Valamilyen rejtélyes okból kifolyólag az 1nF-os visszacsatoló kondenzátor mégsem ad elegendő fázistartalékot, ezért ezt kicseréltem egy 10nF-osra.
Az eredmény nem lett túl bizalomgerjesztő. Újra megmérve, de most 10nF-os kondenzátorral, az eredmény a következő ábrán látható. Az oszcilláció nem igazán csökkent, csak annyi történt hogy egy kicsit eltolódott feljebb a frekvenciája.
Ekkor csak próbaképp, levettem róla a tápot és tettem bele egy elemet. És láss csodát, így meg működik. Egy kis fejtörés után rájöttem, hogy a problémát az áramkört és a tápegységet összekötő huzalok okozzák. Ezek induktivitása bekerült a szabályozási körbe és instabillá tették azt. Ha viszont közvetlenül egy elemet teszek bele a foglalatba, akkor annak az induktivitása jóval kisebb. A megoldás az lett, hogy tettem egy 1uF-os bypass kondenzátort az áramkör aljára ami nagyfrekvenciása kisöntöli az összekötő huzalok induktivitását. Így már vissza is lehet tenni az 1nF-os kondenzátort a visszacsatolásba.
Ahhoz, hogy tényleges tesztet tudjunk elvégezni, szükséges még egy pár dolog. Először is kell egy hardver, ami képes logolni az elem kapocsfeszültségét és a rajta átfolyó áramot. Ez egy NI USB-6212-es mérőkártya lett, ehhez szükség van még egy LabVIEW programra is. Továbbá kell egy tápegység, ami előállítja az áramkör számára szükséges +/-16.5V-ot. Ez utóbbi feladatot egy kidobástól megmentett Tektronix 1101 tápegyég látja el. A teljes hardvert a következő képen láthatjuk, a szoftvert pedig alatta lévőn.
A programfelületen a kék grafikon az elemfeszültség, jól látható rajta az a töréspont, ahol bekapcsoltuk a terhelést. A terhelőteljesítmény az egész teszt alatt 1W értékű volt, ezt zöld színnel láthatjuk. Az áramkör elég stabil, egy teszt alatt nagyjából 1-2mW-ot mászik el a terhelő teljesítmény a hőmérsékletfüggésből adódóan. A piros grafikon a terhelőáram, a lineárisan növekvő zöld ami alatt a terület ki van töltve, az pedig az elemből kivett energia. Az elem hőmérsékletét is tudjuk mérni egy NTC segítségével, amit az elemre ragaszthatunk, ennek a jelét sárgával láthatjuk (sajnos ez elég zajos). Egy teszt alatt az elem akár 20°C-ot is képes melegedni egy 1W-os terhelés hatására.
Már elég sok tesztet elvégeztem, mikor rájöttem, hogy valami nincs rendben a feszültségérzékeléssel. Ha teszt alatt elkezdem körbeforgatni az elemet az elemtartóban, akkor a következő ábrán látható jelalakot produkálja a teszter. A forgatás közben a kontaktus elméletileg nem szakad meg, viszont az átmeneti ellenállás az elemtartó rugós érintkezője és az elem kontaktusa között nem túl megbízható, ebből adódik az ugráló jelszint. A lenti ábrán a mért feszültségben (kék) rendesen vannak 50mV-os ugrások, miközben a terhelőáram 1A környékén jár. Ez azt jelenti, hogy attól függően, hogy éppen hogy sikerül betennem az elemet a teszt elején, akár 50mW-al is több lehet a terhelő teljesítmény az elemen. Viszont az áramkör ebből semmit sem érzékel, mert nincs megvalósítva a valódi négyvezetékes kialakítás.
Erre már az elején is gondoltam, a probléma viszont csak annyi volt, hogy nem lehetett négyvezetékes mérésre alkalmas elemtartót venni. Valójában ez a hiba akkor is problémát okoz, ha az ember csak konstans áramú tesztet végez. Ugyanis ennél a teszt típusnál is szükséges az elemfeszültséget mérni. Tehát egy megbízható elemteszt alapkövetelménye a négyvezetékes mérés.
Nincs mit tenni, át kell alakítani az elemtartót négy érintkezősre, ami után kettőn a terhelőáram folyik, kettőn pedig közvetlenül az elem kapcsain lévő feszültséget mérjük. Mivel a feszültségmérő kontaktusokon nem folyik áram, ezért az ott lévő átmeneti ellenállás nem okoz hibát. Az eredmény a következő ábrán látható. Mindkét kontaktust hosszában elvágtam, a baloldali felül van kivezetve, ez a feszültségmérésre szolgál, egy vékony vezetővel van bekötve a sense vonalra. A jobboldali alul van kivezetve és a PCB-be forrasztva, ezen folyik a terhelőáram. A két érintkező most már teljesen el van szigetelve egymástól.
Ezek után már nem számít hogy mekkora a kontaktus ellenállása, mert bele lesz számítva a terhelés ellenállásába, tehát a rajta eldisszipáló energia is mérve lesz.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése