Vakiovirtageneraattorit

Sissi

Käyttäjä
Liittynyt
9.4.2011
Viestejä
350
Olen käyttänyt vaiheenkääntöön differentiaaliparia (long tailed pair), jonka katodeilla on vakiovirtageneraattori. Olen suosinut EF86:ttä, jonka sisäimpedanssi toimintapisteessäni, 170 V ja 2,5 mA, on n. 3 Mohm. Viimeisimmässä vahvistimessani vaihdoin EF86:n EF80:ksi ulkoasusyistä. Sen sisäimpedanssi samassa toimintapisteessä on n. 1,5 Mohm. Jo tämä ero aiheuttaa epäbalanssia differentiaaliparin puoliskojen välillä joka on kyllä korjattavissa anodivastuksilla. Nyt haluaisin tehdä vakiovirtageneraattorin puolijohteilla (yksinkertaistaa hiukan virtalähdettä). Näistä ei kuitenkaan ole minkäänlaista kokemusta. Mitkä ovat erilaisten vakiovirtageneraattoreiden lähtöimpedanssit. Tutkin verkossa fettigeneraattoreita. Lähtöimpedanssin selvittämiseksi tarvittiin parametrejä joita en löytänyt mistään. Fettivirtapeilit vaikuttivat kiinnostavilta. Vakiovirtalähde on toteuttavissa myös jänniteregulaattoreilla mutta näiden ominaisuuksista ei löytynyt mitään tietoa. Nyt kaikki tieto puolijohde vakiovirtageneraattoreista olisi tervetullutta.
 
Mittailin useampaa puolijohteista vakiovirtageneraattoria muistiinpanojeni mukaan 5 v. sitten.
Kun mainitsit käytön differentiaaliparin katodivastuksen tilalla, niin otan tässä esiin pari tulosta kytkennästä jossa komponentti on kytketty vakiovirta-"nieluksi" (CCSink).

Mittasin myös P-kanava feteillä ja PNP-transistoreilla muutaman CC(Source)-kytkennän, mutta ne ovat tarkoitettu anodivastuksen korvaamiseen, joten jätän ne tästä jutusta pois.

1. Tavallinen NPN BC337 biasoituna siten, että kannalle on tuotu kiinteä 6,2 V DC jännite ja virta asetettu emitterivastuksella.
Mittasin dynaamisen vastuksen 5 mA ja 10 mA emitterivirroilla sekä 20 V, 30 V ja 40 V kollektori-emitterijännitteillä.
Mittaussignaalin taajuutta muutin alkaen 100 Hz ja päättyen 50 kHz:iin.
Tuloksista on taulukot olemassa, joita en tässä yhteydessä niiden laajuuden vuoksi tähän kirjoita, mutta otan esille päähavainnot.
- Uce ei vaikuta dynaamisen vastuksen (Rdyn) suuruuteen, mutta Ie vaikuttaa, siten että 10 mA:lla Rdyn on 10%…20% alhaisempi, kuin 5 mA:lla.
- Kun Ie = 5mA, niin dynaaminen resistanssi käyttäytyy taajuuden suhteen seuraavasti:
- 100 Hz / 3,3 M, 1kHz / 3,5 M, 5kHz / 2,6 M, 10kHz / 1,6M, 20kHz / 880k, 50 kHz / 370k


2. NPN Darlington BD649 kytkettynä kuten edellä, mutta mitattu 10, 20 ja 30 mA emitterivirroilla sekä 50 V ja 80 V kollektori-emitterijännitteillä.

Dynaaminen resistanssi taajuudesta riippuen vain 400 k…100k.

3. LM317 jänniteregulaattori vakiovirtakytkennässä.

Mittasin virroilla: 5, 10, 20 ja 40 mA, 20 V ”kollektorijännitteellä” sekä edellä mainituilla mittaustaajuuksilla.
Suurimmat dynaamisen resistanssin arvot saadaan 5 mA mittausvirralla, josta ne n. puoliintuvat kun (vakio)virta kaksinkertaistuu.

Tulokset 10 mA virralla: 100 Hz / 5,3 M, 1kHz / 6,9 M, 5kHz / 2,2 M, 10kHz / 1,0M, 20kHz / 340k, 50 kHz / 70k.
Tuloksista havaitaan, että dynaaminen resistanssi romahtaa 10 kHz suuremmilla taajuuksilla.

Kun otit aiheen esille, niin muisti hankkineeni juuri CCS-tarkoituksiin BS108 (DMOS N-kanava) transistoreita, joita en kuitenkaan tullut missään vaiheessa mitanneeksi.
Niitten speksit vaikuttivat lupaavilta. Nyt nekin voisi jossakin vaiheessa mitata.
 
Mielenkiintoisia tuloksia. Näyttää siltä että LM317 ja darlington kannattaa unohtaa. Sen sijaan BC337 vaikuttaisi käyttökelpoiselta tuossa kytkennässä. Putkella toteutetun vakiovirtageneraattorin sisäresistanssi romahtaa virran kasvaessa. Kun selvittelin virtapeilejä niin transistoreilla toteutettu ei vaikuttanut juuri vastusta kummemmalta (hoe). Fettipeileissä oli parametrina kanavamodulaatio, josta en löytänyt tietoa. Käsitykseni mukaan fetin dynaaminen resistanssi on suurempi verrattuna bipolaaritransistoriin. Vastakytkettyjen virtapeilien dynaamiset resistanssit näyttivät olevan parhaimmillaan kymmeniä Mohmeja. Nämä vastakytketyt virtapeilit ovat vain varsin monimutkaisia.
 
Dynaaminen resistanssi näyttää olevan megaohmiluokkaa pienillä taajuuksilla ja laskevan suurimmilla taajuuksilla useimmilla komponenteilla joita tutkin.
Tämä viittaisi mielestni siihen, että komponentin lähtökapasitanssi (Cos, Cc ) on merkittävä tekiä tässä ilmiössä.
Ja toisaalta se viittaa siihen, että monimutkaisemmat, kahden aktiivisen komponentin yhdistelmät eivät ole tarpeen, koska ongelmaa ei ole kuin suuremmilla tajuuksilla, johon CCS:n "DC-gainillä" ei näyttäisi olevan vaikutusta.

Muistin väärin komponentin tyypin, jota olin aikonut tutkia. Oikea tyyppi on LND150 (N-Channel Depletion-Mode DMOS FET) http://www.redrok.com/MOSFET_LND150_500V_30mA_1kO_Vth-1.0_TO-252.pdf
Tämän fetin lähtökapasitanssi on vain 2,0 pF (typ.).
 
LND150 on kiinnostava eikä maksa paljoa. Sen lähtökapasitanssi on pienempi kuin käyttämilläni putkilla EF86 (5,3 pF) ja EF80 (3,1 pF). Voisi hyvinkin toimia putkia paremmin.
 
Tämmöisen olen jostakin löytänyt, mutta en muista käyttäneeni sitä:

.MODEL LND150b VDMOS (Rd=450 VTO=-1.35 Kp=2m Cgdmax=1p Cgdmin=0.25p Cgs=7.5p)
 
Löysin uudemman LTSpice-mallin LND150:lle. En ole vielä testannut. Lieneekö täydellisempi, kuin edellinen ?

.MODEL LND150 NMOS (LEVEL=3 RS=150.00 NSUB=5.0E13
+DELTA=0.1 KAPPA=1.O TPG=1 CGDO=2.1716E-12
+RD=40.0 VTO=-2.0 VMAX=1.0E8 ETA=0.1
+NFS=6.6E10 TOX=1.0E-7 LD=1.698E-9 UO=862.425
+XJ=6.4666E-7 THETA=1.0E-5 CGSO=5.09E-10 L=10.0E-6
+W=600E-6)
.ENDS
 
Jälkimmäinen malli toimii hyvin. Sen perusteella LND150 korvaa hyvin EF86:n. Käytin fettiä yksinkertaisessa peruskytkennässä, jossa muodostin hilajännitteen vastuksella ja zenerillä. Virran asetin source-vastuksella.
 
Back
Ylös