Autor Tema: Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?  (Leído 1564 veces)

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Conectado KILLERJC

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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #15 en: 02 de Julio de 2017, 18:03:58 »
Juga en el proteus por vos mismo:


* manwe.png
(24.07 kB, 704x496 - visto 384 veces)


Se que es un componente ideal el OPAmp Pero si lo cambias por otro deberia ser igual, Voy a extenderme un poco mas en el circuito.

Los valor del divisor resistivo 4.8K y su correspondiente resistencia variable de 1.2K es para que con 5V el maximo voltaje que salga de ese divisor sea 1V, lo que es tener 300mA en la salida. Tu potenciometro digital seria esa resistencia de 1.2K (o uno de 1K + 220ohms )

Use un TIP120 , que aguanta 5A y  60V, el que posea un beta de 1500 (por ser darlington) hace que no necesite gran corriente en su base, por lo cual con una resistencia pequeña como la de 10ohms el OpAmp necesita cerca de 2.3V (aproximados, implica unos 220 uA en la base) para llevar al darlington a conducir los 300mA, es decir si alimentas con 5V, no vas a tener que llegar al rail de tension ni meter ningun OpAmp rail-to-rail culpa de esto.

Por otra parte en la imagen podes observar que si conduce los 300mA, el transistor se enfrenta a 1.9V, lo cual lo deja con 0.57W en su peor caso.
Teniendo en cuenta esto y pensando que la juntura ambiente ( sin disipador) es de 62.5 ºC/W, estariamos hablando de 35º, lo cual esta bastante lejos de los 150ºC si es que sumamos incluso 40ºC mas de temperatura ambiente.

Las resistencias de 3.3ohm de sensado, podrian formarse con 3 de 10ohms en paralelo, asi compras todo de 10 ohms, y ademas te permite que la potencia se disipe en 3, dejandote con solo 0.1W por cada resistencia de sensado. La resistencia que agregue entre la base y el trasistor no es necesaria, ya que el circuito de entrada tiene la R de sensado ( 3.3ohms ) como resistencia de base, reduciendo aun mas el circuito.

La explicacion es simple. Al momento de iniciar vas a tener que el pin + del AO es mayor al pin - del AO, por lo cual su salida va a incrementarse y va a empezar a conducir el transistor, A medida que va incrementandose la corriente de salida, va incrementandose la caida de tension de la resistencia de 3.3ohms, que es la misma que el terminal - del AO. Como la ganancia del AO es muy grande, por mas pequeña sea la diferencia va a intentar acomodarlo con su salida. Asi hasta que llegue a los 300mA en caso de pasarse, implica que el terminal - del AO sea mayor que el positivo, y va a intentar disminuir su tension de salida para que baje la corriente, y los terminales + y - del AO sean iguales de nuevo.

PD: Esto siempre y cuando tengas siempre 2.1V en el laser, sea cual sea la corriente.
PD2: Acabo de probarlo con un LM318 y funciona, ya que era el unico componente "ideal" ademas de las resistencias
« Última modificación: 02 de Julio de 2017, 18:32:16 por KILLERJC »

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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #16 en: 03 de Julio de 2017, 09:27:13 »
Juer KILLERJC te estás pegando un currazo y yo sigo sin entenderlo :-(. Es que de BJT no tengo ni idea (estudié fuentes de corriente en la carrera pero aprobé con un 5 raspado y aprendiendo de memoria). Lo que no me entra en la cabeza es cual es la formula que relaciona V+ con Vemisor ya que no sé lo que pasa cuando cambias Vbase con el seguidor. El caso es que no necesito 300mA justos sino poder regular: con el power switch que cogí se supone que podría regular entre 75mA y 500mA ya que no se tiene muy claro la corriente que debe pasar por el laser.

Aunque tengo el circuito al 95% terminado no me cuesta más de 1h de Altium incluir la opción que propones así tengo 2 jugadas donde probar. Lo que necesitaría es que me explicases, si no es molestia, la relación que te comento arriba. Pondría un pote normal por si acaso y uno digital de los que comenté a principio del post: aunque un DAC es mejor no quiero que el cliente tenga que programar 2 drivers de linux distintos. Ajustaría R3 porque esos potes digitales son de 1K, 10K y 100K si no recuerdo mal.

Gracias.
Saludos!
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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #17 en: 03 de Julio de 2017, 10:12:12 »
Lo acabo de simular en proteus y va perfecto :) qué crack KILLERJC!!!.



He cambiado el divisor de V+ para que cuadre con algún valor de pote digital común (5k en este caso).

La verdad es que este circuito es mucho más elegante que lo que yo había puesto. Si no te importa y me explicas la formula que relaciona el voltaje de V+ con la caida en el transistor y como ajustarlo a mayor rango (0-500mA por ejemplo) quito lo que tengo y dejo tu circuito.

Saludos!
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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #18 en: 03 de Julio de 2017, 15:30:10 »
Un BJT se maneja por corriente, la corriente que le pongas en la base * beta = corriente del colector en forma resumida ( Va a variar la tension Vce para que conduzca esa corriente )
Espero que en todo esto no me este equivocando tan FEO, las simulaciones funcionan, pero simulaciones solas no es algo en que confiar 100% y seguramente hay algo que agergar o mejorar. Y espero que no termine un oscilador :P

Lo que vos tenes que entender es que al tener una realimentacion negativa va a hacer que el AO intente mantener su entrada negada y no negada en la misma tension.

La entrada no inversora + es tu terminal de referencia, El terminal inversor - es tu feedback.

Supongamos por un momento que tenes 1V en la entrada no inversora, y tenes 100mA conduciendo por la carga y por R3, con 100mA R3 va a generar una caida de tension de 0.33V

Recordando que el AO lo que hace es multiplicar su ganancia por la diferencia de tension entre sus terminales, es decir :

Vo = A*(V+ - V-)

Y que encima A es "infinita" entonces quiere decir que a la salida va a aumentar, pero al aumentar la tension de salida, eso implica mayor corriente en la base del transistor. lo cual va a conducir mas, ¿hasta que punto? Hasta que cruce la barrera de los 303mA, y porque esos 303mA?
Si supera esos 303mA, suponete 310mA eso quiere decir que la caida de tension en R3 va a superar 1V, y por ende vamos a tener que V- > V+, si usamos la formula del AO, te vas a encontrar que gracias a su ganancia infinita intenta generar una tension "infinita negativa" ( en realidad apuntaria a llegar a 0 por que lo alimentamos con 5V - 0V), al hacer eso quita corriente de la base del transistor y hace que la corriente baje.

Tomando en cuenta estos 2 efectos, la realimentacion hace que el AO intente siempre mantenerse en el punto de equilibrio, que es cuando V+ = V-

Ahora. V- sabemos que es:

Icarga * R3

Por lo tanto V+ = Icarga*R3
o... Icarga = V+ / R3


-----------

Ahora si quisiera por ejemplo un rango de 0-500mA tengo que tener las siguientes consideraciones:

R3 va a tener que disipar mayor potencia. Con 500mA y la misma resistencia implica que debe disipar 0.825W es BASTANTE. Y la tension maxima en V- gracias a eso va a ser 1.65V

Que tension deberia poner en V+ para tener los 500mA ? La respuesta es 1.65V

El transistor obviamente va a sufrir menos, ya que va a tener Vcc - Vcarga - VR3 sobre sus terminales, 1.25V, el problema aca esta en que el transistor tiene una tension que es la de saturacion. Y que no va a poder bajar mas que eso. Esta tension depende de la corriente Ic y deberias fijarte en los graficos si es que llega. Como ese transistor es para 5A , lo minima linea que hay es de 2A, Y como es un darlington y no uno BJT solo va a poseer mayor tension de saturacion. La cosa es que para 3A el maximo Vce es de 2V, asi que para 0.5A seguramente tengamos menos. Y supongamos que funciona este transitor

Pero nos enfrentamos a 2 cosas:
- Un poco de inseguridad con el transistor
- Demasiada potencia en la resitencia de sensado, es casi 1W

Asi que podemos achicar la resitencia de sensado, con el costo de usar un menor voltaje a la entrada.

2.2ohms
V- para 500mA = 1.1V ( Esto te deja con 1.8V sobre el transitor de Vce, a lo cual deberia llegar )
W para 500mA = 0.55

1.8ohms
V- para 500mA = 0.9V
W para 500mA = 0.45W

0.5ohms
V- para 500mA = 0.25V
W para 500mA = 0.125 ( 1/8W)

El tema aca esta en:

- menor resistencia menor el rango de tension.
- Menor resistencia mas potencia debe disipar el transistor, aunque el transistor le podes poner un disipador.

--------------------------

Solucionando algunos problemas y agregando otros.

Si entendiste lo anterior, ya que la mayoria de los AO viene en encapsulados de 8 pines y duales, podriamos usar uno de estos como amplificador de la tension de R3, asi nos permite poner valores aun mas pequeños. Logrando pasar la potencia hacia el transistor y aumentar el rango de tension de entrada, asi no necesitas una pequeña modificacion de tension sino un paso mas decente.

Podria utilizar ese otro AO del mismo integrado como un amplificar no inversor:



El cual tiene una ganancia dada por las resistencias y es:

Vo = Vi * ( 1 + R2/R1)

Supongamos que usemos R2 = 15K y R1 = 1K, esto nos daria que se incrementa 16 veces.

Si uso la resitencia de 0.5ohms como habia planteado antes me encuentro que tenia 0.25V y a la salida de este amplificador voy a tener 4V.
Eso quiere decir que mi Red resistiva de referencia deberia poder variar entre 0V a 4V para poder controlar la corriente de 0 a 500mA

4V/5V = 0.8 es la relacion que debe cumplir mi red resistiva, usando 5K como pote digital

5k / ( 5k + R ) = 0.8 ---> R = 1.25K o 1.2K

Quedaria algo asi, use esta ves un AO dual y no el componente ideal:


* manwe2.png
(33.05 kB, 815x531 - visto 208 veces)


La relacion ahora de V+ con la I de carga, va a estar dada por:

V+ = Icarga * R3 * 16

Y algunas consideraciones mas si pensas hacer este circuito este o el anterior mas simple:


* manwe3.png
(26.38 kB, 733x469 - visto 209 veces)


Agregarle una resitencia en serie al divisor que hace de referencia, hay que recalcular el divisor obviamente, esto es para que bajo ninguna circunstancia se ponga a 0V. Es decir define un minimo mejor prevenir. Una muy pequeña que no afecte tanto la relacion con la otra resistencia.

Y le agregue un capacitor  para estabilizarlo un poco mas a esa entrada de tension.

------------------------

Unos puntos mas para tener en cuenta, si usas resistencias de 5% tenes una tolerancia, asi que no va a ser la ganancia 16 perfectamente, tampoco va a ser tu divisor de forma perfecta, pero no creo que necesites un control tan perfecto de la corriente.

Otra mas.. tu transistor debe enfrentarse ahora a casi un valor de 2.65V y 500mA, es decir 1.325W
« Última modificación: 03 de Julio de 2017, 15:59:45 por KILLERJC »

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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #19 en: 03 de Julio de 2017, 17:09:56 »
 ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) Eres un crack KILLERJC!!!.

Ahora he entendido muchas cosas más :-). Lo del OPA me quedó muy claro cuando recordaste que que la ganancia teórica es infinita y que que V+ y V- tienden al mismo valor. Del transistor me has recordado la tensión de corte (por debajo de la cual no conduce, 0.7V no¿?) y la de saturación por encima de la cual no amplifica más corriente y que depende del voltaje VCE, ¿me equivoco?.

Lo que se me ha escapado es porqué has eliminado en el segundo circuito la resistencia de la base del transistor (10ohm). ¿qué implica esto?, ¿por qué estaba antes?.

He estado haciendo pruebas con proteus y me quedo con el segundo circuito, ya que como dices para bajar la potencia tienes que bajar mucho el rango. Lo qué si que me gustaría es balancear un poco la carga ya que prefiero disipar más en resistencia que en BJT por comodidad: uso SMD y el BJT no va a masa y la resistencia de sensado sí (tengo muuuucho cobre en 4 capas para disipar :P). ¿cómo lo balancearías?.

Por cierto: ¿qué libro de analógica en castellano (harto de hojas de datos en inglés) me recomendais?; aprecio mucho vuestra ayuda pero a veces me siento como un estorbo :-(.

Gracias y saludos!.
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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #20 en: 03 de Julio de 2017, 18:03:29 »
Si en parte a todo.

Citar
Del transistor me has recordado la tensión de corte (por debajo de la cual no conduce, 0.7V no¿?)

Tenes que polarizar correctamente al transistor, por lo cual si o si necesitas que la base se encuentre 0.7V por encima del emisor. Esto es un transistor solo.

Pero nuevamente este no es un transistor solo sino un juego de transistores conectados en darlington.



Entonces de la base del primer transistor al emisor del primer transistor tenemos una juntura PN la cual tomamos como 0.7V de caida. Pero como es un darlington son 2 transitores en cascada, tendriamos que nuestra caida es de aprox 1.4V desde la base al emisor de ese transistor darlington.

Citar
y la de saturación por encima de la cual no amplifica más corriente y que depende del voltaje VCE, ¿me equivoco?.

La saturacion es cuando por mas que incrementes la corriente de base el transistor no va a modificar mas su VCE, es decir llego al minimo valor de VCE que puede tener. Tenes que pensar que para poder conducir mas corriente en el colector el transistor lo que hace es achichar su VCE, pero en la saturacion el VCE es el minimo y deja de respetarse ya la relacion Ic = hfe * Ib, ya que por mas que incrementes Ib, Ic va a ser constante, debido a que no puede variar mas VCE
Esa tension "minima" sobre los terminales, depende de que corriente pase por el transistor. Es decir, si yo pongo un transistor en saturacion y le hago pasar 3A este va a tener por ejemplo 2V en VCE, pero si le hago pasar 5A tal ves tenga 3V de VCE

Citar
Lo que se me ha escapado es porqué has eliminado en el segundo circuito la resistencia de la base del transistor (10ohm). ¿qué implica esto?, ¿por qué estaba antes?.

Yo lo puse y me di cuenta leugo de que era casi inutil. Poner esa resistencia implica que el AO tenga que dar mas tension para poder variar la corriente. Me explico

El circuito de entrada queda de esta forma:

*Ver adjunto 1

Es decir tenemos la tension que provee el AO, su resistencia interna que simplemente omitimos y vamos a pensar que es nula, luego tenemos los 1.4V de ambos Vbe del darlington y finalmetne la R de sensado. Que si observas se encuentra en el camino del calculo de entrada. Si pongo una resistencia entre medio, lo unico que hago es incrementar el voltaje necesario para el AO para poder generar la corriente de base

En resumen, por kirchoff tendriamos:

(Ic + Ib )*Rsensado + 1.4V = Vout

Pero Ic = (hfe * Ib)

Ib*(hfe + 1 )*Rsensado + 1.4V = Vout  (en el TIP120 el hfe minimo es de 1000 )

Y ese es tu circuito de entrada.
Si quisiera tener unos 400mA por Ic, en Ib deberia tener Ic/hfe aproximadamente o 400uA si es que el hfe es de 1000 ( si es 1500 entonces sera otro valor).
Y deberia tener al menos una tension de salida del AO de 1.6V para lograr esa corriente con esa resistencia, No se que hfe utiliza el modelo de Proteus.

De introducir una resistencia de base, la ecuacion anterior me quedaria:

Ib*(hfe + 1 )*Rsensado + Ib*Rbase + 1.4V = Vout

El tema es que Ib son uA, asi a no ser que pongas una resistencia GRANDE solo vas a notar una diferencia de unos pocos milivoltios. Ejemplo 400uA por una resistencia de 10ohms como habia puesto, queda en 4mV de diferencia que sin esa resistencia. Ahora ese AO debe poder proveer esos 4mV de diferencia ademas de los 1.6V para conducir esa corriente.
En resumen lo unico que hiciste es que el AO necesite de 1.604V en ves de 1.6V para conducir la misma corriente.

Tal ves te resulta raro verlo sin resistencia de base, ya que normalmente uno usa el emisor conectado a GND, es decir sin resistencia, y en ese caso sin resistencia de base esta el problema.

Citar
He estado haciendo pruebas con proteus y me quedo con el segundo circuito, ya que como dices para bajar la potencia tienes que bajar mucho el rango. Lo qué si que me gustaría es balancear un poco la carga ya que prefiero disipar más en resistencia que en BJT por comodidad: uso SMD y el BJT no va a masa y la resistencia de sensado sí (tengo muuuucho cobre en 4 capas para disipar :P). ¿cómo lo balancearías?.

No se... es cuestion de jugar, es cierto que el no tener el BJT directo a masa es un problema para el tema de disipacion, tal ves se pueda introducir la resistencia en otro punto. Y asi tener el mismo resultado. Y poder poner el transistor a GND, asi lo disipa todo sobre esas 4 capas., Pienso que si conecto el amplificador como restador no inversor, movemos la R de sensado hacia arriba, y volvemos a colocar la resistencia de base ( ya que no existiria mas esa resistencia en el emisor ) posiblemente pueda crear el circuito. Tal ves algo asi a lo que me refiero:

EDIT: Acabo de ver y la mayoria de los NPN Darlington tiene el colector y no su emisor como terminal de mayor tamaño. Asi que no se como implementar ese disipador.

*Ver adjunto 2

Lo unico que cambie para que tengas idea que hice fue..
Ponerle la resistencia de base, ya que ahora no poseo resistencia de emisor.. la tension lo va a controlar solo el mismo AO. Incrementar la resistencia demasiado haria que el AO no pueda subir su tension al maximo y por lo tanto no generar la corriente necesaria.
Al mover la resistencia de sensado hacia arriba, necesito tomar la diferencia de tension entre sus 2 terminales, para eso uso esto:



Si observas ahora la ganancia si utilizas esas condiciones de R1=R3 y R2 = R4, es distinta, pero podes ajustar la ganancia. y bastante proxima a la anterior, solo diferencia en un +1. Antes con el circuito del amplificador no inversor, la ganancia era de 16, ahora la ganancia es de 15.
Todo lo demas es igual, en si lo unico que cambiamos es la forma en que sensamos la caida de tension, todo lo demas es lo mismo.

Citar
Por cierto: ¿qué libro de analógica en castellano (harto de hojas de datos en inglés) me recomendais?; aprecio mucho vuestra ayuda pero a veces me siento como un estorbo :-(.

Me mataste, todo lo que se, lo se por la universidad. Tengo un libro que es el que me dieron en la universidad sobre este tema, y toca un poco lo de AO, pero mas que nada posee todo lo que es transistores y sus configuraciones., lo unico feo es que no recuerdo su nombre, y me mude hace "poco" lo cual debe estar guardado por alguna caja. Pero entra en modelos de pequeña señal y luego modelos mas completos para hacer el analisis de estabilidad.

PD: tuve que quitar los adjuntos del texto, sino me daba error y desvirtuaba toda la pagina.

« Última modificación: 03 de Julio de 2017, 20:00:58 por KILLERJC »

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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #21 en: 04 de Julio de 2017, 15:29:33 »
Hola Manuel, llego tarde, pero yo te recomendaría el primer circuito de esta página, sacando la resistencia de base de 10 ohms y usando algún transistor que disipe por lo menos 2W ejemplo BD139, en ves del TIP120 que lo veo muy grande para este uso. Si no se encuentra un transistor común de 2W con una beta (ganancia) de por lo menos 100, podes crear un par darlington usando un simple BC548 y el dichoso Tr de 2W.

Por otro lado, el protenciómetro RV1 tal como está conectado no entrega una salida de tensión lineal con respecto al movimiento del cursor, por lo que te recomiendo que el cursor del mismo lo conectes de manera directa al pin de AO, así la escala quedaría lineal.

Yo también bajaría un poco el valor de la resistencia de sensado de corriente, de 3.3 a 2.7 e incluso 2.2 ohms, para permitir que el circuito tenga más margen de tensiones de salida, total, esta potencia que no disipa la resistencia la disiparía el transistor, y a este lo puedes "atornillar" a la PCB y que esta oficie de disipador.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

La teoría es cuando se sabe todo y nada funciona. La práctica es cuando todo funciona y nadie sabe por qué.

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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #22 en: 05 de Julio de 2017, 15:23:36 »
Gracias por las explicaciones chicos! :)

Al final no pude cambiar la PCB pero he pedido los componentes para montar en protoboard cuando tenga el laser.

Os voy contando.
Saludos!
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Re:Potenciómetros digitales en serie: ¿es posible?
« Respuesta #23 en: 18 de Julio de 2017, 17:03:17 »
Hola chicos,

al final lo del power switch + 2 potenciomentros digitales en serie funcionó bastante bien con el laser: teniendo en cuenta que la resolución de los potenciometros y la del limite de corriente no es nada buena estoy contento, le pongo 8.

A ver si saco tiempo y pruebo los circuitos que me sugirió KILLERJC y comentó Carlos: si va como es de esperar me gustaría usarlo para una nueva versión.

Gracias y saludos!
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