¿Cómo mejorar la sensibilidad a la temperatura de la referencia de voltaje de la fuente de alimentación de CC HP 721A?

Tengo un afecto sentimental por mi fuente de alimentación de CC HP 721A: http://hpmemoryproject.org/pict/wall_a/anim/721a_q90/viewer.htm

Robusto, confiable y casi tan viejo como yo, también es bastante sensible a la temperatura. En el extremo superior de su salida de voltaje (30 V), puede variar fácilmente 700 mV desde el encendido de la mañana (~19 °C) hasta el calor de la tarde (~25 °C).

Creo que esto se debe principalmente a que se utiliza el circuito de referencia de voltaje basado en el seguidor del emisor primitivo:

Circuito de referencia de voltaje 721A

(esquema completo aquí: http://www.kennethkuhn.com/hpmuseum/scans/hp721a_sch.gif )

V.refes -V.zener + V.BE del germanio PNP (Q4) y tiene una variación de temperatura de aproximadamente 26 000 ppm en el transcurso de las variaciones de temperatura del día.

Estaba pensando en someter uno de mis cinco especímenes a cirugía experimental para ver si podía mejorar la sensibilidad a la temperatura sin interrumpir el resto del circuito. (El afecto sentimental que mencioné combinado con los bajos precios de eBay terminaron conmigo "adoptando" algunas de estas unidades :)

No hay necesidad de una precisión excesiva; un circuito con un TC de cientos de ppm sería una gran mejora. Me gustaría algo con componentes discretos si funcionaría con, digamos, dos o tres transistores. También estoy considerando una referencia de bajo voltaje de alta precisión (~ 1.22V) amortiguada con un amplificador operacional LM358 con una ganancia de aproximadamente 6, pero quería evitar la posible necesidad de gimnasia de compensación si un circuito discreto simple daría el mejora que estoy buscando.

¿Qué opciones podría recomendar uno?

Encantadora fuente de alimentación limpia en la animación. Sin duda, pueden ser unidades de banco útiles y un grupo será bastante flexible. Si tuviera que probar algo simple, reemplazaría el zenner y el siguiente transistor con piezas modernas, agregar un segundo prerregulador zenner permitiría una menor variación de corriente en el zenner principal y aumentar la ganancia del transistor reduciría el cambio de carga del zenner.
Si bien no tengo una solución, estoy bastante seguro de que un prerregulador en el zener no ayudará. Tengo entendido que el problema es una fuga en el transistor.
Según entiendo el problema hasta ahora, la caída directa en la unión base-emisor (nominalmente 200 mV ya que es germanio) tiene un coeficiente de temperatura (TC) de unos pocos mV por grado C, y esto combinado con el TC del zener es produciendo la variación en el voltaje de referencia. La temperatura que mencioné es la ambiente, pero la temperatura de unión podría ser sustancialmente más alta.
Con respecto a la corriente zener, es bastante estable a aproximadamente 300 µA. No estoy seguro de que se pueda hacer mucho allí.

Respuestas (2)

Tal vez reemplace Q4 y el diodo de referencia con un TO-92 TL431 súper barato (centavos en cantidad) y dos resistencias del 1% configuradas para mantener el voltaje de -6.9V donde está conectado el emisor de Q4. La resistencia 560R puede permanecer si es de 1/4 W o mejor, solo quite Q4

Las resistencias serían algo así como 4.99K y 2.80K.

En otras palabras, conecte un regulador de derivación entre los nodos de 0 V y -6,9 V y use la resistencia 560R existente para pasar 16 mA a través del regulador de derivación. Por lo general, se desplazará alrededor de 50 ppm/°C. (la resistencia 560R estará del otro lado en comparación con el siguiente esquema)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Por supuesto, hay reguladores de derivación mucho mejores disponibles, pero no estoy seguro de que la diferencia valga la pena.

Gracias @Spehro, esto definitivamente suena como el boleto caliente, lo intentaré y te diré cómo va :) Veo que puedo conseguir estos en Jameco por unos diez centavos cada uno, así que voy a pedir algunos subir y conducir hasta allí :) Creo que podría aumentar la resistencia 560R a 1.5K o lo que sea que me dé alrededor de 6 mA a través de la rama R19, R20/21, solo para mantenerla igual que originalmente. ¡Estoy emocionado por esto! ¡Incluso podría montarlo todo en la PCB existente!

Informe de resultados

El enfoque que @Spehro sugirió funcionó muy bien, produciendo una referencia de voltaje muy rígida (por literalmente 10 centavos en partes) que programé con R1 y R2 a aproximadamente 7.5V. El valor específico no es crítico ya que hay un potenciómetro en el circuito que calibra el suministro al valor utilizado.

El esquema del reemplazo se ve así:ingrese la descripción de la imagen aquí

Pude instalarlo en la placa de circuito original, básicamente como reemplazo de CR7, el diodo zener original:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Se eliminaron Q4 y R22. R23 se reemplazó con un valor algo mayor para mantener la corriente original a través del circuito de muestreo de voltaje de salida. El emisor ahora vacío y las conexiones base para Q4 se cortocircuitaron con un cable para completar el circuito.

Conecté el "subcircuito" LM431 en una pieza de PCB de prototipos de 2 x 5 orificios:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El voltaje de referencia ahora es tan sólido como una roca, con una desviación máxima de 2 mV entre 25 °C y 50 °C en la temperatura interior de la caja. El original se desvió 135mV para el mismo rango de temperatura. Así que esta es una mejora masiva en la estabilidad.

La mala noticia es que la sensibilidad a la temperatura del suministro general ha mejorado mucho, pero aún se desvía fácilmente unos cientos de milivoltios, dependiendo un poco de la carga y el voltaje de salida; alrededor del 40% de la deriva original. Así que hay más trabajo por hacer.

Parece que la sensibilidad a la temperatura restante proviene de la unión PN emisor-base en Q3, cuya caída de voltaje determina el punto de detección del amplificador de error efectivo. Esa caída de voltaje de la unión PN varía entre 0.18 y 0.12V. Dado que está fuera del circuito de retroalimentación, ese cambio en el voltaje de la muestra cambia la salida en aproximadamente 7 mV/mv.

Pero ese es un tema para una pregunta aparte. Gracias de nuevo @Spehro por señalarme en la dirección correcta :)

¡Gracias por tomarse el tiempo para proporcionar comentarios detallados!
Es un placer @Spehro, mis modestos esfuerzos fueron más que recompensados ​​cuando tu guía me salvó de caer en callejones sin salida :)
¿Cómo mejorar la sensibilidad a la temperatura de la referencia de voltaje de la fuente de alimentación de CC HP 721A?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v