Analisi del limitatore di corrente Theremino

[Theremino]

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Ho dimensionato i valori sulle correnti della simulazione di Isidoro.
R3 e R4 sono dimensionati in modo approssimato.
Ho impostato una I in R3 e R4 di 1 mA molto maggiore della corrente Ib in T2.
Potrebbe anche funzionare attorno a 500 mA
Non ho calcolato la Iu in funzione di Vu; potrei provare ad farlo in Excel.
Il funzionamento del circuito dovrebbe essere meno sensibile alle variazioni di beta di T2.

Il circuito funzionerà meglio o solo in modo diverso?

Complementi a BrunoValente per il suo circuito e a Theremino per le considerazioni.

Ho provato il tuo nuovo circuito e si comporta esattamente come hai previsto. L'influenza della variazione di Beta di Q2 si riduce quasi a zero. Però il risultato finale cambia di poco perché il beta di Q2 influisce solo in minima parte sulla variazione del punto di scatto.

Le mie condizioni di prova sono sempre "medie", uso realisticamente i minimi e i massimi che ho sui cassettini, cioè quelli misurati da una cinquantina di esemplari e che "di solito" capita di avere. E non i minimi e massimi dei data sheet come nei post di IsidoroKZ. Noi pensiamo sempre a realizzazioni fai da te quindi se un circuito ogni tanto è fuori caratteristiche non importa a nessuno, lo si corregge e via. Oppure a realizzazioni cinesi dove se ne capitano alcuni di scarto importa anche meno, finiscono in una scatola e forse un giorno qualcuno li correggerà.

Per cui per questo circuito uso sempre le seguenti condizioni di test:

* Beta di Q1 (PNP) da 100 a 150
* Beta di Q2 (NPN) da 300 a 400
* Temperatura da 0 a 50 gradi

Con queste condizioni il circuito originale variava il punto di scatto da 400 a 820 mA circa, il tuo migliora leggermente la stabilità rispetto alle variazioni di beta e il punto di scatto varia da 390 a 740 mA circa. C'è un miglioramento ma non cambia sostanzialmente le cose. Li si devono sempre provare uno per uno per essere sicuri che non siano troppo fuori caratteristiche. Fortunatamente la gran parte (potenza della gaussiana) stanno nel mezzo.

Comunque, anche se si potesse essere sicuri rispetto alla variazione di Beta, non consiglierei a nessuno di usare (o di spedire a qualcuno) un circuito senza averlo provato. E provandoli si scopre che gran parte dei difetti arrivano da tutt'altra parte che dai componenti fuori caratteristiche. Spesso sono componenti posizionati male, a volte sono i ceramici SMD che si rompono meccanicamente, altre volte i componenti mancano proprio (devono essere caduti durante il pick and place).

Concludendo, perché non provi LTSpice così hai le risposte in 10 secondi invece di attendere che io le provi? Usarlo è veramente facile, fai doppio click sul file ASC preparato da IsidoroKZ, cambi qualche valore, premi RUN e vedi subito la curva, cambi il valore di nuovo e vedi subito come è cambiata...

[BrunoValente]

..In altri casi il tuo circuito è davvero ottimo, ma per noi non funzionerebbe perché inserendo il Jack si passa prima da un corto circuito e solo dopo il carico scende fino a quello normale...

Quindi se capisco bene con il mio circuito accade questo

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A è la retta di carico relativa al massimo carico sopportato oltre il quale il circuito scatta, B è la retta di carico relativa al carico massimo utile al ripristino.

Le due rette di carico quindi hanno inclinazioni molto diverse e questo comporta che, se la corrente non scende molto rispetto a quella di intervento, il circuito non si ripristina e per questo non va bene.

Dunque la curva che ti occorre è qualcosa del genere

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dove la retta di carico massimo è a sinistra e quasi parallela alla parte della curva a pendenza positiva.

Solo in queste condizioni si ha sempre un solo punto in comune tra la retta di carico e la curva ed inoltre nell'intorno della zona critica, essendo queste quasi parallele, piccole variazioni della corrente assorbita fanno variare molto la tensione che quindi, in prossimità del sovraccarico, passa rapidamente dal valore di lavoro a zero e viceversa.

Il circuito che segue mi pare possa rispondere alle tue esigenze.

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Il partitore formato da R1 e R2, come nel caso precedente, squilibra il differenziale di circa 100mV, quindi il punto di intervento si ha quando su Rs cadono 100mV.

La corrente nel punto di intervento dovrebbe valere



e con i valori scelti dovrebbe essere pari a 520mA.

Se non vi fosse l'altro partitore formato da R3 e R4, cioè se R4 fosse di valore infinito, il circuito si comporterebbe diversamente dal precedente: qui, diversamente da prima, la reazione è palesemente negativa e il circuito, proprio a causa della controreazione, al superamento della condizione di sovraccarico, manterrebbe costante la tensione su Rs, diverrebbe quindi una sorgente di corrente di valore pari a I2 e la curva sarebbe la seguente.

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La presenza del partitore formato da R3 e R4 modifica questo tipo funzionamento inclinando la curva che diventa così

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Il funzionamento è il seguente: il partitore formato da R3 e R4 inizia ad avere effetto in presenza di sovraccarico, cioè appena la tensione di uscita inizia a scendere, questo perché la tensione su R3 è proporzionale alla differenza tra la tensione di ingresso e quella di uscita, quindi vale zero se Vin=Vout.

La tensione che cade su R3 è vista dall'ingresso del differenziale in serie a quella che cade su R1 e i versi sono opposti per cui le due tensioni si sottraggono.

Questo meccanismo fa sì che la corrente di uscita, all'aumentare del sovraccarico, invece di rimanere costante come sarebbe accaduto se non vi fosse stato il secondo partitore, si riduca proporzionalmente all'abbassamento della tensione di uscita e questo porta la pendenza a non essere più verticale.

I1, che è la corrente che si ha con l'uscita cortocircuitata, se non ho sbagliato i conti, dovrebbe valere



dove si vede chiaramente che, all'aumentare di R4, I1 tende a diventare come I2.

Con i valori scelti, quello di I1 dovrebbe essere intorno agli 80mA.

Tutto questo vale con carichi resistivi e come giustamente faceva notare IsidoroKZ, può capitare che con certi carichi, come ad esempio le lampadine ad incandescenza, questi tipi di circuiti non riescano a spuntare.

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[Theremino]

Esatto! La curva che serve è proprio come l'hai descritta, tu la disegni con gli assi ribaltati ma se vai a vedere è uguale a quelle che ho linkato nel post precedente.

Sei davvero bravissimo, domani lo proverò ma sono già convinto che funzionerà esattamente come da te previsto. Anche se noi non lo useremo (per i motivi di complessità di montaggio già spiegati) è comunque un circuito che potrebbe essere utile ad altri per cui sarebbe carino se tu facessi un articolo con le due versioni (diverso ripristino). Ti chiedo di farlo tu, sia perché il merito è tuo, sia perché sono piuttosto impegnato. Abbiamo appena finito il convertitore promesso per capodanno e siamo arrivati in tempo con poche ore di margine e ora ci siamo imbarcati in un progetto anche più difficile e lo abbiamo promesso per la Befana. Un convertitore da LTspice a FidoCadJ.

Anche con l'aiuto dei collaboratori del team Theremino (il merito non è assolutamente tutto mio) non so se riusciremo a finirlo nei sette giorni che restano. Le librerie sono diverse, i componenti sono diversi e in gran parte hanno il punto di origine posizionato più o meno a casaccio. E infine e le rotazioni e le inversioni sono una palude, non si sa nemmeno l'ordine con cui avvengono (prima ruotare e poi li traslare o viceversa).

[PietroBaima]

Sei davvero bravissimo,

Si vede che non lo conosci.
Io di solito uso "geniale".

[rugweri]

Io di solito uso "geniale".

Dopo aver letto i suoi interventi in questo topic, mi sa che userò questa definizione anche io: sono assolutamente senza parole

[BrunoValente]

Non sapevo che mi dovesse capitare di arrossire proprio l'ultimo dell'anno

Quello che ho scritto sono solo considerazioni al volo che non tengono conto di tante cose: bisogna vedere se poi funziona davvero come ho immaginato, se in pratica non si presentano effetti indesiderati che non so prevedere.

...sarebbe carino se tu facessi un articolo con le due versioni (diverso ripristino)...

Non me la sento di fare un articolo su una cosa campata in aria: prima di proporlo agli altri come circuito funzionante e affidabile dovrei costruirlo e testarlo secondo i sacri crismi...

[admin]

se poi funziona davvero come ho immaginato

E' proprio questa immaginazione che affascina

[rugweri]

Il boss ha ragione: è proprio questa capacità di immaginare con tale limpidezza i sistemi ed il loro funzionamento che lascia di stucco

(Piccola battuta a margine: io studio per lavorare nel campo xxxxx... ma adesso mi sa che ho cambiato idea: voglio studiare per fare il BrunoValente )

[BrunoValente]

Anzitutto auguri a tutti per questo 2017 che sta iniziando.

Quello che ho scritto sono solo considerazioni al volo che non tengono conto di tante cose...

La più grossa di tutte, come una montagna, che non sarà certo sfuggita ai più attenti, è la tensione di offset del differenziale che rompe tutte o quasi tutte le uova nel paniere.

Non so quantizzarla con precisione ma, se i transistor sono dello stesso tipo e scelti a caso dal cassetto, mi aspetterei qualcosa dell'ordine di qualche decina di mV, che, per la stima dell'errore sul valore calcolato di I2, va confrontata con i 100mV che cadono su R1 e che, per la stima dell'errore sul valore calcolato di I1, va invece confrontata con la differenza tra il valore della tensione che cade su R1 e quello della tensione che cade su R3 quando l'uscita è in cortocircuito, cioè con circa 16.5mV.

Mi aspetterei quindi un errore del 10-20% su I2 che non sarebbe proprio male, ma mi aspetterei anche un errore del 100% ed oltre su I1 che sarebbe davvero una schifezza... del resto l'idea iniziale, quella del primo schema, si poneva come obbiettivo solo di rendere I2 meno dipendente dal beta dei transistor.

Le cose andrebbero decisamente meglio se ci si accontentasse di dissipare un po' di calore in più, cioè aumentando il valore di Rs, per esempio raddoppiandolo (e di conseguenza anche quello delle resistenze dei partitori per raddoppiare anche le tensioni di riferimento) ed inoltre se si avesse modo di utilizzare una coppia selezionata per i due transistor, meglio ancora se nello stesso contenitore... e fu così che pian piano il circuito si complicò: poco dopo comparve un operazionale di precisione, poi un controllo della temperatura, un processore con tre AD converter, un monitor touch screen da 19" per l'impostazione dei 200 parametri necessari al funzionamento del software, ecc. ecc... .

[Theremino]

Questo è esattamente il motivo per cui continueremo a usare la semplicissima versione iniziale. Una controllatina, eventualmente si cambia un resistore... e poi si può essere certi che il punto di scatto resterà sempre giusto con solo un 10% di variazione da zero a cinquanta gradi.

Comunque proverò lo stesso il tuo secondo circuito, forse oggi stesso, sia con spice che nella realtà dato che ho già il piastrino di prova del precedente e modificarlo è un attimo. La prova dal vero non serve a gran che, a meno di usare un fornetto e cambiare molti transistor ma la faccio lo stesso per farvi contenti. Io non ne avrei bisogno dato che ho tale fiducia nei miei modelli, verificati innumerevoli volte, e ho tale esperienza con spice che mi fido molto più delle simulazioni che di prove approssimative con il saldatore. Ma che nessuno pensi che sono un teorico senza radici, ho passato oltre cinquantamila ore in compagnia di saldatore e cacciavite prima di passarne altrettante con la tastiera e il mouse (e prima che qualcuno lo chieda lo confesso, non faccio altro nella vita che giocare con l'elettronica, non guardo la tv, non mi piace il calcio, non faccio figli e praticamente vivo in laboratorio - anche nei giorni festivi) (E non uso nemmeno più l'automobile, tanto non vado da nessuna parte mangio poco e c'è chi mi fa la spesa).