Как повысить температурную чувствительность эталонного напряжения источника питания постоянного тока HP 721A?

У меня сентиментальная привязанность к моему блоку питания постоянного тока HP 721A: http://hpmemoryproject.org/pict/wall_a/anim/721a_q90/viewer.htm

Прочный, надежный и примерно того же возраста, что и я, он также довольно чувствителен к температуре. На верхнем уровне выходного напряжения (30 В) он может легко дрейфовать 700 мВ от утреннего включения (~ 19 ° C) до позднего дневного тепла (~ 25 ° C).

Я считаю, что это в первую очередь связано с использованием примитивной схемы опорного напряжения на основе эмиттерного повторителя:

Цепь опорного напряжения 721A

(полная схема здесь: http://www.kennethkuhn.com/hpmuseum/scans/hp721a_sch.gif )

V.refпредставляет собой -V.zener + V.BE германиевого PNP (Q4) и имеет отклонение температуры примерно 26 000 частей на миллион в течение дневных колебаний температуры.

Я думал подвергнуть один из моих пяти образцов экспериментальной хирургии, чтобы посмотреть, смогу ли я улучшить температурную чувствительность, не нарушая остальную часть схемы. (Упомянутая мною сентиментальная привязанность в сочетании с низкими ценами на eBay закончилась тем, что я «принял» несколько таких устройств :)

Нет необходимости в чрезмерной точности; схема с TC в сотни частей на миллион была бы огромным улучшением. Я бы хотел что-то с дискретными компонентами, если бы оно работало, скажем, на двух или трех транзисторах. Я также рассматриваю низковольтный опорный источник высокой точности (~ 1,22 В), буферизованный операционным усилителем LM358 с коэффициентом усиления около 6, но хотел избежать возможной необходимости компенсационной гимнастики, если простая дискретная схема даст улучшение, которое я ищу.

Какие варианты можно порекомендовать?

Прекрасный чистый блок питания в анимации. Они, безусловно, могут быть полезными стендовыми единицами, и связка будет довольно гибкой. Если бы мне пришлось попробовать что-то простое, я бы заменил зеннер и следующий за ним транзистор современными деталями, добавление второго предрегулятора зеннера позволило бы уменьшить колебания тока в основном зеннере, а увеличение коэффициента усиления транзистора уменьшило бы изменение нагрузки зеннера.
Хотя у меня нет решения, я почти уверен, что пререгулятор на стабилитроне не поможет. Насколько я понимаю, проблема в транзисторе.
Насколько я понимаю проблему до сих пор, прямое падение на переходе эмиттер-база (номинально 200 мВ, так как это германий) имеет температурный коэффициент (TC) в несколько мВ на градус C, и это в сочетании с TC стабилитрона производя изменение опорного напряжения. Я упомянул температуру окружающей среды, но температура перехода может быть значительно выше.
Что касается тока стабилитрона, то он довольно стабилен и составляет примерно 300 мкА. Я не уверен, что там можно многое сделать.

Ответы (2)

Возможно, заменить Q4 и эталонный диод на сверхдешевый (копейки по количеству) TO-92 TL431 и два 1% резистора, настроенных на поддержание напряжения -6,9В в месте подключения эмиттера Q4. Резистор 560R можно оставить, если он 1/4 Вт или больше, просто удалите Q4.

Резисторы будут примерно 4,99К и 2,80К.

Другими словами, подключите шунтирующий регулятор между узлами 0 В и -6,9 В и используйте существующий резистор 560 Ом для пропуска 16 мА через шунтирующий регулятор. Обычно дрейф составляет около 50 частей на миллион/°C. (резистор 560R будет на другой стороне по сравнению с приведенной ниже схемой)

введите описание изображения здесь

Конечно, есть гораздо лучшие шунтирующие регуляторы, но я не уверен, что разница будет стоить того.

Спасибо @Spehro, это определенно звучит как горячий билет, я попробую и дам вам знать, как это работает :) Я вижу, что могу получить их в Jameco примерно по десять центов каждый, поэтому я собираюсь заказать некоторые и езжайте туда :) Я думаю, я мог бы увеличить резистор 560R до 1,5K или что-то еще, что даст мне около 6 мА через ветвь R19, R20/21, просто чтобы оставить его примерно таким же, как изначально. Я взволнован этим! Возможно, я даже смогу смонтировать все это на существующей печатной плате!

Отчет о результатах

Подход, предложенный @Spehro, сработал очень хорошо, создав очень жесткое опорное напряжение (буквально для деталей стоимостью 10 центов), которое я запрограммировал с помощью R1 и R2 примерно до 7,5 В. Конкретное значение не имеет решающего значения, так как в цепи есть подстроечный потенциометр, который калибрует источник питания до используемого значения.

Схема замены выглядит так:введите описание изображения здесь

Я смог установить его на оригинальную печатную плату, в основном в качестве замены CR7, оригинального стабилитрона:

введите описание изображения здесь

Q4 и R22 были удалены. R23 был заменен на несколько большее значение, чтобы сохранить первоначальный ток через схему выборки выходного напряжения. Теперь пустые соединения эмиттера и базы для Q4 были закорочены проводом, чтобы замкнуть цепь.

Я подключил «подсхему» LM431 к печатной плате для прототипирования с отверстиями 2 x 5:

введите описание изображения здесь

Опорное напряжение теперь твердое, как скала, с дрейфом не более 2 мВ между 25°C и 50°C внутри корпуса. Оригинал дрейфовал на 135 мВ для того же температурного диапазона. Так что это значительное улучшение стабильности.

Плохая новость заключается в том, что температурная чувствительность всего источника питания значительно улучшилась, но все еще легко дрейфует на несколько сотен милливольт, в некоторой степени в зависимости от нагрузки и выходного напряжения; около 40% от первоначального дрейфа. Так что есть еще над чем поработать.

Похоже, что остаточная температурная чувствительность исходит от PN-перехода эмиттер-база в Q3, падение напряжения на котором определяет эффективную точку измерения усилителя ошибки. Падение напряжения на PN-переходе варьируется от 0,18 до 0,12 В. Поскольку он находится вне контура обратной связи, изменение напряжения выборки изменяет выходной сигнал примерно на 7 мВ/мВ.

Но это тема для отдельного вопроса. Еще раз спасибо @Spehro за то, что указали мне правильное направление :)

Спасибо, что нашли время оставить подробный отзыв!
С удовольствием, @Spehro, мои скромные усилия были более чем вознаграждены к тому времени, когда ваше руководство спасло меня от тупиковых переулков :)
Как повысить температурную чувствительность эталонного напряжения источника питания постоянного тока HP 721A?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v