Regulovatelný proudový zdroj s OZ a tranzistorem

Zpráva

astromik · #1 Příspěvek od **astromik** » 20 dub 2025, 17:36

Stavím programem regulovatelný proudový zdroj pro LED.

Regulaci provádím přes 10-bitový D/A převodník, který má na výstupu napětí 2,1mV až 4730mV.
(Napájecí napětí je 4,76V).

Za D/A převodník jsem dal operační zesilovač s tranzistorem, který by měl sloužit jako zdroj konstantního proudu (proud nezávislý na zátěži)
To schéma jsem odněkud "opsal", ale vůbec mu nerozumím.

První problém byl, že D/A převodník při zapsané hodnotě 0 digitů, měl na výstupu 2,1mV.
I toto malé napětí způsobovalo, že LED slabě svítila (procházející proud byl 15uA).
Vyřešil jsem to přidáním diody za D/A převodník, která posune jeho výstupní napětí o 0,7V níž - funguje podle očekávání.

Další problém byl, že v původním zapojení probíhala regulace jen v rozsahu 0 až asi 70 digitů.
To jsem vyřešil přidáním děliče napětí 1:11 na výstup D/A převodníku.
Asi by se to dalo vyřešit zavedením nějakého nižšího referenčního napětí na D/A převodník, ale zatím to mám s děličem.
Regulace proudu je teď možná v rozsahu zhruba 50 až 700 digitů - i to je v pořádku.

Poslední problém, se kterým ale už nemůžu hnout, je to, že maximální proud, který jsem z toho dostal, byl asi 1,5mA.
Já bych potřeboval tak 10mA.

Jasně, jedno z řešení by asi bylo zvýšení napájecího napětí pro tranzistor.
Ale nešlo by to jen nějakou změnou odporů?

Zkusil jsem různě měnit hodnoty součástek a opravdu jsem se dostal až na dvojnásobek (asi 3mA), ale to je pořád málo.
Protože ale vůbec nemám páru, jak to vlastně funguje, tak jsem nechtěl s těmi hodnotami hýbat až do nějakých extrémů.

V příloze jsou dvě schémata:
Původní "verze 1", která regulovala proud od 15uA (0 digitů) do 1,5mA (70 digitů).
"Verze 2", ve které jsem provedl nějaké úpravy, se kterými jsem se dostal na rozsah 0uA (40 digitů) až 3mA (700 digitů).

Poradíte někdo, jak z toho vytáhnout ještě větší proudy pomocí změny odporů?

eleferner · #2 Příspěvek od **eleferner** » 20 dub 2025, 18:40

Myslim, ze sis odpovedel sam - ubytek napeti na LED a snimacim odporu je prilis velky a tranzistor se poradne neotevre. Zkus pouzit rail-to-rail OZ: ten TLC27L2 umi jit jen do zaporneho railu, ale ty zrovna potrebujes, aby sel do kladneho.

lesana87 · #3 Příspěvek od **lesana87** » 20 dub 2025, 18:41

Neměla by ta LED být v kolektoru tranzistoru?

eleferner · #4 Příspěvek od **eleferner** » 20 dub 2025, 18:51

Jo, to je pravda, tim odpadne problem s kladnym railem OZ.

Jinak zde vysvetluji trik, jak zmensit vystupni proud delicem ve zpetne vazbe OZ:

https://www.youtube.com/watch?v=gR4SphK3WAQ

Pod videem jsou i presne vztahy.

HF_Tech · #5 Příspěvek od **HF_Tech** » 20 dub 2025, 19:12

Nejdříve by to chtělo vědět, jakou zátěž tím proudem chceš krmit.
Jsou daleko vhodnější zapojení. Pokud jde jen o krmení LED, tak je lepší použít "howland current source". Pro 10mA není ani potřeba tranzistor.
Dokonce s použitím nožičky ADC- jde udělat, že 0 je opravdu "0mA" na výstupu.

HF_Tech · #6 Příspěvek od **HF_Tech** » 20 dub 2025, 19:59

lesana87 píše:Neměla by ta LED být v kolektoru tranzistoru?

Pokud by tam byl vhodný MOSFET, tak ano. Jinak bázový proud bude dělat pěknou chybu.
Ještě lepší řešení je vyhodit tranzistor úplně a připojit LED přímo na výstup OZ. Pokud stačí výstupní proud OZ.

astromik · #7 Příspěvek od **astromik** » 20 dub 2025, 20:11

eleferner píše: https://www.youtube.com/watch?v=gR4SphK3WAQ

Díky za snahu, ale tohle bych nezvlád ani v češtině.

HF_Tech píše:Nejdříve by to chtělo vědět, jakou zátěž tím proudem chceš krmit.

Potřebuji nastavovat proud od 0mA do max. 10mA. Víc určitě ne.
Bude to kalibrační zdroj světla s různými typy LED (infra, bílá).

V první fázi jsem zkoušel řídit jas LED úplně jednoduše pomocí PWM, ale kalibrovanému čidlu světla se to blikání nelíbilo a měřilo nesmysly.
Proto se ve druhé fázi pokouším stvořit nějaké neblikající LED ovládané proudem.

Jdu studovat ten "howland current source".

#8 Příspěvek od **jjilek** » 20 dub 2025, 20:36

astromik píše: To schéma jsem odněkud "opsal", ale vůbec mu nerozumím.

Zapojení s OZ funguje (zjednodušeně) tak, že OZ se snaží udržet nulový rozdíl napětí mezi jeho kladným a záporným vstupem změnou napětí na odporu R7 .
Zde je napětí na odporu R7 určeno proudem procházejícím přes R7.
Komplikací je skutečnost, že OZ je napájen nesymetricky. Záleží-li na přesnosti, napájej OZ např. napětím ±5 V

HF_Tech · #9 Příspěvek od **HF_Tech** » 20 dub 2025, 21:10

Ta bílá LED je docela zrada. Ta bude potřebovat OZ s rail-to-rail výstupem nebo zvednout napájení alespoň na 7V.

Mělo by stačit zapojení níže. R1 dejme tomu 100. Kdyby to kmitalo, tak zkusit přidat R2 10k a C1 100p až 330p.

lesana87 · #10 Příspěvek od **lesana87** » 20 dub 2025, 21:13

HF_Tech píše: Pokud by tam byl vhodný MOSFET, tak ano. Jinak bázový proud bude dělat pěknou chybu.

Jo, 0,5% je naprosto netolerovatelná chyba, zvláště s tou sériovou diodou za převodníkem.

#11 Příspěvek od **jjilek** » 20 dub 2025, 21:54

HF_Tech píše:
Pokud by tam byl vhodný MOSFET, tak ano. Jinak bázový proud bude dělat pěknou chybu.

Pokud se použije symetrické napájení OZ, tak tuto chybu eliminuje záporná zpětná vazba OZ.
Obecně bych symetrické napájení OZ v tomto případě považoval za nejlepší řešení s minimem problémů. Použití vhodného IO (LTC1044/7660) dovoluje symetrické napájení OZ s minimem dalších součástek.

ransom · #12 Příspěvek od **ransom** » 21 dub 2025, 05:56

Jako že při symetrickém napájení OZ nepoteče do báze tranzistoru žádný proud?

astromik · #13 Příspěvek od **astromik** » 21 dub 2025, 08:37

Zkusil jsem v té mé "verzi 2" zvýšit napětí na kolektoru tranzistoru z 5V na 20V.
Proud LEDkou se sice taky zvýšil, ale jen na maximálně 4,5mA, takže jsem to vrátil na napájení 5V a zkusil jsem zmenšit snímací odpor (R7) ze 47R na 8R2.
Zároveň jsem snížil odpor do báze (R5) z 680R na 47R.

Tím jsem se dostal až na 8,5mA s bílou LED - to mi už stačí.
Pro infra LED z toho vytáhnu dokonce přes 20mA.

Takže bych tohle vlákno zatím ukončil.

Děkuji všem za rady.

Ještě poznámka:

HF_Tech píše: Budic LED.png

To zapojení bez tranzistoru kmitalo úplně šíleně. Ani kondenzátor s odporem nepomohl.
LED blikala proměnlivou frekvencí někde mezi 5 a 15Hz.
Je fakt, že jsem to měl zapojený na nepájivém poli, takže tam asi byly nějaké přechodové odpory mezi kontakty.

#14 Příspěvek od **jjilek** » 21 dub 2025, 09:01

ransom píše:Jako že při symetrickém napájení OZ nepoteče do báze tranzistoru žádný proud?

To jsem nikdy neřekl. Doporučuji prostudovat a pochopit funkci a použití operačního zesilovače.

Zmije · #15 Příspěvek od **Zmije** » 21 dub 2025, 09:03

Co takhle integrovaný zdroj proudu?
Třeba MAX5548 nebo MAX5550