‮Сдвиг по фазе (kincajou) wrote,
‮Сдвиг по фазе
kincajou

worklog: итак, регулятор.

После нескольких разных схем, пройдя через нестабильность, поборов отсутствие регулирования в первые микросекунды работы схемы, я таки придумал (пока не воплотил, но модель ведёт себя замечательно) решение. Вот оно:


Схема ведёт себя ощутимо лучше, когда есть запас по напряжению питания для ОУ, но я решил не использовать дополнительный ввод, а повысить напряжение прямо по месту, для чего DA1 и нужна: из +5.5В она делает удвоенное (около 11В). Этот чип выбран из-за того, что индукторные повышатели работают на довольно высоких частотах и я опасаюсь пролаза шума коммутации. По-умолчанию, LM2662 работает на 20 кГц - она тоже шумит и, как любая импульсная схема, распространяет целый частокол гармоник (причём и в сторону входа тоже!), но их относительно легко удавить.

Линейный регулятор LP2951 выбран по одной-единственной причине: у него есть выход ~Error и он очень дешёвый. То есть это две, две единственных причины: выход ~Error, дешевизна и очень низкое собственное потребление. Это три главных единственных причины. Короче, он хорошо вписывается в условия задачи. Есть и "но" - выход ~Error, конечно, открытый коллектор, но очень хилый (не более 400 мкА). Зачем он нужен и что с ним делать, будет сказано чуть позже.

Регулятор предполагается на 8 вольт, что даёт запас по headroom и укладывается в допустимое напряжение питания ОУ.

От этого же регулятора "позаимствую" опорное напряжение, которое в среднем там равно 1.235 вольт, плюс-минус. Сначала я хотел поставить отдельный опорник, а потом подумал - нафига, если в LP2951 УЖЕ есть свой собственный референс с термокомпенсацией? Конечно, он сам по себе наружу не выведен, но если посмотреть на функциональную схему этого чипа, то видно, что Feedback это прямой вход внутреннего ОУ, на инверсный вход как раз заведён референс. И вообще, сам принцип работы линейного регулятора по такой схеме подразумевает точное равенство между напряжением на входе обратной связи и опорой - значит, по сути они эквивалентны. Эксперимент покажет, насколько я прав, но пока что у меня по этой части сомнений нет.

Далее, фиговина на DA3:1/VT2/DA4 - это источник опорного тока, опорой для которого и является вышеупомянутое напряжение. DA3:1 следит за тем, чтобы на резисторе R5 выделялось бы напряжение, равное референсному - это происходит за счёт работы транзистора VT2, ток через эмиттер которого и будет создавать оное напряжение. Коллекторный ток практически равен эмиттерному (за вычетом ничтожного базового тока, который утечёт в ОУ), этот же ток будет подан на левый по схеме транзистор "микросхемы" DA4 (реально это просто два одинаковых транзистора на общей подложке). Эта штука представляет собой т.н. токовое зеркало: благодаря магии работы биполярного транзистора, ток коллектора правой половинки ("нагрузка") будет равен току коллектора левой половинке ("опора") при условии равенства потенциалов эмиттеров и одинакового Uбэ (оба условия выполнены; первое схемотехнически, второе технологически). Это не самый идеальный источник тока, но при этом достаточно стабильный и, главное, простой. И ещё очень дешёвый, потому что эти сдвоенные транзисторчики идут по 6 рублей в розницу, даже ничего подбирать не надо (но токовое зеркало возможно собрать и на дискретных транзисторах тоже, конечно же, просто потребуется подбор пар).

Итак, ток нагрузки течёт куда-то вниз по схеме, через R6 и широкополосный супердроссель C11-L4-C12-L5-L6 (возможно, параллельно катушкам потребуется включить ещё резисторы для подавления резонансов) в чип DA5, который и есть смысл всей этой схемы.

Но этот ток - вовсе не требуемые 90 мА, это всего лишь 1.235В / 3.3кОм = 0.374 мА. Как же быть?!

А вот теперь в дело вступает практически такая же схема, как DA3:1/VT2, только уже без токового зеркала.

Здесь происходит вот что: референсный ток, текущий через R6, по закону Ома и именем Путина создаёт падение напряжения, равное 0.374мА * 240Ом = 89.81мВ. Округлим до 90мВ. При этом, это напряжение отсчитывается относительно нижнего выхода резистора и уже не очень важно, на каком именно (в пределах разумного) потенциале он сидит: на его верхнем выводе всегда будет на 90мВ больше. То есть, если на нагрузке выделяется, например, 4 вольта - то на верхнем выводе R6 будет напряжение 4.09 вольта. В этом и есть сила источника тока в таком включении!

Сейчас нас больше волнует напряжение, которое попадёт на прямой вход DA3:2. Операционник, будучи не в силах сопротивляться приказу, будет пытаться подогнать напряжение на инверсном входе, для чего он будет поднимать потенциал на выходе, отпирая транзистор VT4, эмиттерный ток коего устремится в ту же нагрузку, но уже через резистор R9. В идеале, ток будет расти до тех пор, пока создаваемое им напряжение на R9 не сравняется с напряжением на R6 (точнее сказать, напряжение между верхним выводом R6 и землёй не сравняется с напряжением между верхним выводом R9 и землёй, всегда надо помнить об этом). Ситуацию несколько омрачает реактивность супердросселя, но её влияние незначительно в силу мощного демпфирования за счёт того, что DA5 работает как активная нагрузка (тут даже наоборот, получается положительный эффект: ток растёт плавно).

Именно так получается, что через R9 будет течь 90 (точнее, 89 с копейками) миллиампер, который вместе с референсным 0.374мА втечёт в DA5 и задаст там жару.

Странная фигота вокруг обратной связи DA3:2 и VT4 может быть нужна для улучшения реакции системы на колебания питающего напряжения (как я уже упоминал ранее, оно берётся от импульсного регулятора и неизбежно колеблется вокруг какой-то средней величины).

Только транзистор VT3 остался без упоминания.. а вот теперь и вспоминаем про ~Error - этот сигнал, пропущенный через простейший инвертор на VT1, превращается в ~PowerGood - т.е. тогда, когда напряжение на выходе DA2 оказывается в пределах 6% от номинала, этот сигнал разрешит работу задатчика тока, в противном случае VT3 будет включен и весь ток, который мог бы течь через R6/R9, будет утекать через него в землю. В этом нет ничего страшного, потому что для системы практически всё равно, от какого потенциала отсчитывать уставку - если нижний вывод R6 будет сидеть на земле (через открытый VT3), то на прямом входе DA3:2 окажется всего лишь 90мВ (а не условные "4.09В"). Операционник отработает эту уставку и задушит VT4 так, чтобы на верхнем выводе R9 относительно земли так же получилось бы 90мВ. По факту, ток в нагрузку будет околонулевым. Таким образом, пока DA2 не вошёл в режим (а он всегда будет задерживаться относительно появления напряжения +5.5В), схема будет находиться в безопасной отключке. Небольшой бросок тока через VT3, разумеется, присутствует, но он не превышает 15..20 мА по амплитуде и 10..20 мкс по длительности.

Ну не прелесть, а?!

Схему очень просто оптимизировать. Например, можно снизить напряжение в обратной связи с 90мВ, чтобы не терять драгоценные милливольты (они и так неизбежно будут потеряны на омической сопротивлении супердросселя), пропорционально изменив R6 и R9 (например, 120 и 0.5 ом соответственно дадут 45мВ). Можно уменьшить или, наоборот, увеличить опорный ток (тогда, конечно же, надо будет пересчитать и R5, и R6+R9). Подогнать можно почти под любый MMIC из тех, которые легко купить: например, неплохой ADA-4743 требует 60мА (плюс-минус) и при этом на нём 3.8 вольта, а малопотребляющий MAR-6 берёт всего 16мА на 3.5 вольта.

В каких-то случаях может быть в самом деле поставить один резистор и не париться (как для MAR-6, например: гораздо проще иметь регулятор на 5В и резистор 91 ом, который и задаст ограничение тока), но тогда не будет реальной стабилизации параметров усилителя и чем выше требуемый ток (и чем меньше запас по напряжению), тем всё более заметен этот недостаток простого метода.
Tags: worklog, радио
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 14 comments