Mätförstärkare, en halv Watt

[Spisblinkaren]

Hehe. Det är faktiskt inte mycket svårare än att skriva text i Paint.
Du trycker på "T"-knappen i verktygsfältet till vänster, skriver din text i rutan som dyker upp, placerar ut den, justerar storlek, och ställer in vilket lager den ska stå på.

Var det så enkelt

Tack, det här ska jag genast implementera

MVH/Roger
PS
Känner lite oro för hur jag ställer in lagret bara. Högerklick+properties, kanske?

[Spisblinkaren]

Det är ingen skillnad i pris mellan ett och tvålagerskort, det är bara enklare att tillverka enlagers själv.

Tack som sagt för den informationen!

Jag har en fråga:

Du som är en jävel på Eagle, kan jag ändra projektnamnen utan vidare?

Jag är lite orolig för att patharna för filerna inte kommer stämma så att allt havererar, samtidigt ogillar jag projektnamnen.

T.ex kallar jag mitt livs första projekt "test" varvid jag sen skapar KTA.sch och KTA.brd samtidigt som alla projektfiler inklusive Gerber hamnar i "test" men jag skulle alltså vilja att projektet också hette KTA...

MVH/Roger

[MadModder]

Gör ett nytt eagle-projekt med massa slumpvisa komponenter, som du bara använder för att testa massa grejer i. Då vågar du trycka på alla knappar utan att riskera att förlora någon arbetsinsats.

[Spisblinkaren]

Precis!

Det är det som skiljer mig från barn.

Barn leker med grejerna och trycker på precis allting som går att trycka på för dom är helt enkelt inte rädda för att förstöra nåt.

Det är detta faktum som gör att jag starkt ogillar datorer för jag vill helt enkelt att inget skall förstöras samtidigt som jag inte känner till en enda finess.

Slutligen ogillar jag starkt att läsa manualer, det enda vettiga sättet att lära sig är att prova sig fram mycket för att manualerna ofta visar upp ett gränssnitt som aldrig är aktuellt.

MVH/Roger

[MadModder]

Nej men det är ju därför du ska göra ett testprojekt så att du KAN prova sånt du undrar över. Seså. Starta upp nåt krafs lite snabbt och länka komponenter och scheman hit och dit. Byt namn på det och se om det funkar. Då lär du komma ihåg det bättre än att nån talar om för dig hur du ska göra. Och framför allt, du får ett direkt och relevant svar på VARFÖR det funkade eller inte.

[Spisblinkaren]

Bra tips men gillar inga datorspel förutom Eagle Routing

MVH/Roger
PS
Jag har nu monterat alla byglar, blev några stycken.

Jag är dock glad att jag valde 0,5mm's nollohmsbyglar när jag för bara nån månad sedan köpte 100 av ELFA. Hålen i kortet verkar nämligen inte vara grövre än 0,5mm och ELFA hade 0,8mm också...

[Spisblinkaren]

Alla motstånd monterade.

Alla utom två blev kolytskikt/0,25W/5% för jag lite vill bli av med dom, inte för att dom egentligen är dåliga (på annat sätt än möjligtvis toleransmässigt) snarare kan det vara så att dom tom är bättre på HF än vad metallfilmsmotstånd är men då gissar jag bara. Kolmassa är dock mindre induktiva och har även andra fördelar som jag inte kan i huvet men den lägre induktansen gör att dom definitivt är bättre på riktigt höga frekvenser, svåra att få tag på dock. Kunde jag välja skulle jag bara vilja ha kolmassa (trots 5% tolerans).

Det slår mig att lödöarna är ganska små, det går bra att löda men de känns lite taniga.

Jag har besluta mig för att sluta med Josty-Kit fasonerna att böja komponetbenen åt sidorna när jag ska till att löda, detta för att byte underlättas om man bara kör ner komponenten i hålen samtidigt som hålen är så små att dom i sig redan håller komponenten på plats.

MVH/Roger
PS
Testade förresten med ett gammalt kolmassa som jag har liggande i en Raaco-ask tilsammans med annat osorterat som jag aldrig kommer sortera, rastret är för litet för det tycks krävas typ 3mm till.

Konstigt med bildkvaliteten, den första (av 3) bilden jag tog visar exakt hur kortet ser ut dvs att toppen är lite smågrön, dom andra två bilderna visar ett kort som är mer orange än smågrönt. Enda skillnaden 1: naturljus via fönstret, 2&3: syntetiskt ljus från tak och borssbelysning.

[Spisblinkaren]

Nu har jag monterat alla komponenter.

Hade inte en trimmer (TR1) med caddat raster, kommer skaffa en separat vid tillfälle.

Under tiden skippar jag trimningen av utgångssvinget, sätter 50% bias.

Ett motstånd har byglats, detta motstånd nyttjas bara i samband med bootstrapping, som sägs öka utgångssvinget något.

Kondensatorn (C2) hörandes till bootstrap-filtret har också utelämnats detta för att jag avser testa skillnaden "Min konfiguration" vs "MiaM/RoPA's konfiguration" enbart i syfte att försöka lära mig nåt och se vad teori kan ge praktiskt.

Om min caddning är riktig och alla komponenter monterats korrekt ska det nu bara vara att spänningssätta kortet och skicka in en signal.

I grund och botten är detta alltså en "färdigkonfigurerad" Effekt-OP, jag behöver således bara spänningssätta (9V mellan Vcc/Vss dvs P6/P1 räcker) och skicka in en signal mellan VGND(P4 eller P5) och Plus(P2) eller Minus(P3).

Några roliga konfigurationer:
1) Skickar man in en signal på Plus så ser insignalen 1M och ut har man en spänningsföljare (internt Rf=1M).
2) Skickar man in en signal på Plus och samtidigt drar Minus till VGND så har man teoretiskt 1000ggr i förstärkning.
3) Skickar man in en signal på Plus och samtidigt sätter ett motstånd mellan Minus och VGND så kan man få vilken förstärkning man vill (>1).
4) Skickar man in en signal på Minus utan seriemotstånd så ser signalen 1k och förstärkningen är teoretiskt -1000.
5) Skickar man in en signal på Minus med seriemotstånd så kan man få vilken inverterad förstärkning som helst (>-1000).

Detta var teoretiskt det, återstår att nu mäta och se om KTA lever upp till dessa teorier i praktiken

MVH/Roger
PS
Rf kan naturligtvis också ändras externt (eller på kortet), det är bara att montera ett motstånd mellan OUT och Minus.

C1 är en kompensationskondensator som måste sättas experimentellt (Unity Gain Stability).

[Spisblinkaren]

Idag fick jag spänningssatt kortet.

Först mätte jag med DVM att matningen inte var kortsluten, visade sig inte så lätt pga kondingarna men kortslutet var det i alla fall inte.

Skruvade dit batteriets tampar, en nollohmsbygel mellan plus och vgnd (som jag klippte av på mitten) samt monterade 1k mellan utgången och vgnd.

Sen satte jag dit 9V-batteriet varvid LED lös upp svagt (<1mA).

Sen mätte jag utspänningen, 33mV offset typ vilket jag tyckte var okej.

Sen kopplade jag in skåpet.

Ut visade sig komma 140kHz fyrkant 7Vpp (obs att jag bara tappar 2V jämfört med batteriets spänning).

Nu är Unity Gain (UG) en väldigt tuff konfiguration för en OP, flertalet är inte ens stabila då (inklusive min ).

Men jag ville försöka stabilisera den.

Så jag kopplade in större och större kompensationskondensator (C1), vid typ 1nF gick då självsvängningsfrekvensen över i 2MHz/~1Vpp (RL=OL).

Men jag var naturligtvis inte nöjd så jag ökade på ännu mer men även vid 100nF var frekvensen 2MHz och där gav jag upp.

Istället mixtrade jag med att försöka få diffstegets förstärkning att samtidigt rulla av i frekvens men det misslyckades.

Till slut återinförde jag 1k som last, mirakulöst nog lugnade självsvängningen då ner sig (1nF verkar räcka).

Men först efter en stund (från det att spänningen sätts på) dvs typ knepiga 10s

Så nu kunde jag i alla fall testa gain dvs 1, hoppades jag, men ut kom mindre än -20dB

Har ingen aning om varför men avser mäta igenom kortet i morgon och klura lite mer, detta är inte kört!

MVH/Roger
PS
Offset i UG vid uppnådd stabilisering var omätbart (<2mV). Kortet verkar dra <3mA när det jobbar som det ska (utan last).

[SM6XUN]

PS
Såg förresten en youtubevideo som SM6XUN nyligen och så tacksamt tipsade mig om och som handlade om hur man skapar jordplan mha Eagle, mycket intressant men i mina ögon bara för HF och lågnivåsignaler (där jag med all sannolikhet ändå kommer köra luftbyggda rör med undantag av min mikrofonförstärkare för mätning av högtalare, KMA).

Näst intill all elektronik som innehåller någon form av förstärkande steg kan man få att självsvänga,
jordplan och avkopplingskondensatorer parat med en sund layout är det "enda" man behöver göra för att slippa denna oönskade elektrondans.

[Spisblinkaren]

Tack för att du skrev nåt och inte bara citerade

Kul med kommentarer!

Jag misstänker själv att jordplan hade varit bra i det här fallet men är inte helt säker det är det som är problemet.

Jag menar, varför skulle 1k's belastning på utgången (jämfört med öppen utgång, NL) göra så att oscillationerna försvinner?

Jag har en hel del att grunna på, måste mäta igenom hela KTA.

Jag har således bestämt mig för att försätta den i sann Open Loop (OL) och tillfälligt införa en offset-trimmer för diffsteget och se om jag eventuellt kan lyckas trimma in ~4,5V på utgången (det är inte säkert det går pga "all" råförstärkning) samt därefter alltså mäta igenom hela förstärkaren inklusive bias.

Wish me luck

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Den här "simuleringen" fungerade

Den är satt på Av~10 och har ingen kompensationskondensator (C1), jag vet att jag kört UG utan problem också.

Annars skiljer den sig mest på att diffsteget utgörs av NPN Darlington och inte PNP Darlington (som jag har nu).

En liten annan skillnad är att förstärkarsteget nyttjar en strömgenerator av typen LED+Darlington, jag nyttjar Schottky+Si+BJT (vet egentligen inte varför jag ändrat det).

Men som sagt, stabil utan jordplan

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Jag får inte ordning på min KTA

Jag kopplade alltså bort återkopplingen helt (R13), lät sedan Plus hänga löst (1M till VGND) och drog Minus till VGND.

Då är OP'n helt frikopplad och råförstärkning (F) av offset är allt som ska komma ut.

Får då ut 0,58V (relativt Vss).

Lyfter då upp de båda 10-Ohmsmotstånden (R2&3) samt klämmer dit en offset-pot på 100 Ohm istället.

Sätter på spänningen och lyckas (rätt snett) ställa in så att jag antingen får 0,58V eller 8,6V (detta med C1 inkopplad).

Kopplar bort C1 och gör samma sak igen, lyckas då pricka in 4,5V men utsignalen svänger fyrkantsmässigt med 50% d-c vilket ju förklarar 4,5V...DC

Jag kan alltså inte ställa in halva drivspänningen på utgången, KTA självsvänger fyrkantsmässigt med, hör och häpna, EXAKT 50Hz (för jag kan tom trigga på Line och signalen står still!).

Jag börjar tro att jag har mer förstärkning än jag egentligen ville ha för strömgeneratorn Q2 med emittermotstånd (obs) har en extremt hög utgångsimpedans (skolan lärde mig flertalet MOhm) så om utgångsimpedansen är säg 10M och förstärkartrissans emittermotstånd är 150 Ohm (där dock Rs och hie också räknas dvs typ 2k+1k till) så är förstärkningen 10M/3k~3000.

Vi kan räkna på diffsteget också för skoj skull, AvDM/2=RcHfe/(Rs+hie+hfe*Re) där både Rs och hie är av storleksordningen 1k, Rc är 2k2, Re=50+10Ohm samt hfe är 30k viket ger AvDM/2~36 (märk att minsta lilla Re snor all förstärkning!).

Med lågimpediv drivning av KTA kan jag alltså förvänta mig runt 36*3000=108000~100dB förstärkning

Så om vi då har 100k i förstärkning, hur mycket kan jag pilla på offset-potten för att inte KTA ska gå i taket?

Inte mycket precis...om vi säger 1V från mitten så blir det 10uV vid potten, typ.

Det är liksom lite svårt att ställa in

Och om man sen har lite ofrivillig medkoppling så svänger det.

MVH/Roger
PS
Men varför funkade det på labbplatta?

Jag har alltså exakt 50Hz med lite jitter när R13 inte är inkopplad och 50Hz med massa jitter när R13 är inkopplat, skumt.

[opampen]

Man bör undvika bygga på labbplatta när det gäller signaler. Du har visserligen fått ett bra resultat säger du men det kan vara rena "turen" om man säger så.

Det är lätt att det blir brus, självsvängningar mm. och att det är lätt för störningar att ta sig in i kretsarna.

Självsvängningen kan bero på dålig avkoppling, pröva med olika kond.

Varför använder du darlington trissor i dif. steget?

Mitt råd är att du ser över kopplingen och etsar ett antal"test kort"innan du trycker upp det i större antal. Ja, jag vet det är redan för sent eftersom du låtit trycka upp ett antal redan. Man bör alltså göra fler "riktiga" labbar på etsade kort med jordplan för det kan variera i förstärkning hos transistorer, andra avvikelser mm. Det kan bero på hur komponenter förbinds med varandra, långa lednings banor mm.,vilket gör att ett kort kan fungera men det tredje inte lika bra osv. så det måste testas över tid i ett större sammanhang för att vara säker på att konstruktionen verkligen står sig. Så det kan vara så att du får rita om några gånger för att få ett optimalt resultat.

[Spisblinkaren]

Nu funkar kortet

Nåväl, nästan i alla fall.

Trots att jag gjort kretsen själv så hade jag svårt att komma ihåg att Minus-ingången alltid måste gå nånstans, den kan få vara öppen men BARA om det interna feedback-motståndet (R13) sitter där.

När jag så fattade det började det se lite bättre ut, men HF-oscillationerna på runt 2MHz fick jag inte bort och de kom som ett brev på posten så fort jag försökte mig på lite negativ återkoppling.

Tyckte det var så konstigt att jag liksom hade ynka 0,2Vpp och 2MHz efter mig hela tiden.

Sen tog jag dock till ett trick, jag skippade nämligen Camenzind's rekommendation (som jag har implementerat) där alltså kompensationskondingen (C1) bör gå från lågimpediv utgång (e.g OUT) till basen på den förstärkande trissan (observera att boken heter Analog CHIP Design...).

Jag fick nämligen för mig att det ju är en lite längre bit att gå för kompensationssignalen och den ledaren kanske utgjorde en induktans.

Mycket riktigt, när jag cappade direkt över förstärkningstrissans CB så försvann 2MHz:en

KTA är nu stabil ner till max 10ggr's förstärkning, vid UG (1 gångs förstärkning) självsvänger den dock (runt 20kHz SQR och i taket dvs ~7Vpp).

Eftersom den är stabil vid 10ggr men inte 1ggr så tror jag jag nöjer mig med det (stora) C1 jag nu har (1nF).

Det tråkiga med det är att GBW (500kHz) inte blir så bra.

Teoretisk finns det dock marginal till en faktor 10 högre GBW men detta bara om just 1ggr får den att självsvänga men liksom inte 2ggr, dvs att den ligger precis på gränsen för då skulle man kunna låta den självsvänga vid 9ggr men inte 10ggr samtidigt som marginalerna blir små

En lagom sunt test vore 470pF för då dubblar jag GBW och får ett trevligt värde (1MHz).

Jag kan acceptera att den inte är "Unity Gain Stable" (vilket min OP dessutom inte är ensam om).

Slutligen, eftersom råförstärkningen (F) är ganska stor så blev det svårt att mäta den, trots 40dB's dämpning (där jag precis byggt och installerat ett extra -20dB utöver dom -20dB som FG har) av min signalgenerator så blev KTA kraftigt överstyrd, det var även svårt att få till utgångs-bias mha min tillfälliga offset-pot (naturligtvis) så jag beslutade då, istället för att dämpa ytterligare -20dB mha externa motstånd, att försätta den i återkopplat tillstånd.

F uppskattades sen enligt:

\(A_v=\frac{F}{BF+1}\)

som om man löser ut F blir

\(F=\frac{A_v}{1-BA_v}\)

där då i fallet 1/B=101 och Av=90 gav F=826ggr (en bra bit från 100dB mao, vet inte hur jag räknar ibland )

MVH/Roger
PS
Tack för din kommentar!