Светодиодный датчик апогея

Работает защелка на двух транзисторах! Правда, несколько своеобразно: правый по схеме светодиод датчика зажигается и светится (!) где-то в четверть накала вместе с нагрузкой (лампочкой от карманного фонарика). Надо будет попробовать разорвать провод ОС конденсатором.

Схема работает только с лампочкой - со светодиодом в качестве нагрузки не хочет: при подаче питания, независимо от положения датчика, включаются и светятся нагрузочный светодиод, и слабенько - правый светодиод датчика.

http://pic.ipicture.ru/uploads/091109/arQSU0DNwh.png [not image]

***
Пришел домой, посмотрел на схему, подумал и понял, что вышеописанное поведение вполне себе адекватно. Вот только ток через затвор JFET'а для меня поначалу оказался не совсем ожидаем - тот, что заставляет тлеть светодиод датчика. Но потом и этот момент прояснился - ВЫтекающий из нижнего затвора ток может быть большим, по аналогии с биполярным транзистором - если его ничем не ограничивать. А в данном случае он ограничен Iнач верхнего транзистора (на котором собран источник тока c Uзи = 0). Т.е. ничего страшного и нештатного в схеме не происходит.

Транзисторов всё же три.

ED> Транзисторов всё же три.
С позиции надежности - два (по числу кристаллов), схемотехнически - таки три.

И все равно нужен четвертый, в смысле еще один... С низковольтной лампочкой (сопротивление нити 1R5 в холодном состоянии) - работает ЧЕТКО (см. видео). Подключаю запал (4R) - срабатывает в момент подачи питания! Никогда бы не подумал, что каких-то ТРИ ОМА могут составить качественную разницу НА ФОНЕ ГИГАОМ сопротивления затвора JFET'а... Однако фак налицо...

Йа в легком шоке вообще пребываю. Подобрал более высоковольтную лампочку, чтобы сымитировать сопротивление запала. Не работает: лампочка стабильно включается при подаче питания, независимо от положения датчика. Перетыкиваю проводок ОС с холодного вывода лампочки на горячий - работает как часы, но, понятно, уже без защелки. Во йопт...

Помусолю еще немного, да буду к братской схеме возвращаться...

Non-conformist> Помусолю еще немного, да буду к братской схеме возвращаться...

В смысле - МОДИФИЦИРОВАТЬ схему Брата-2. Светодиодный датчик на основе КР504НТ1А (без защелки) уверенно работает даже в 16:20 (пасмурное небо, плотно закрытое тучами; машины по дороге ездят со включенными фарами)! И только в 16:30 (стало НАМНОГО темнее, видимость резко ухудшилась) начала быстро увеличиваться зона активного режима.

Я не знаю, можно ли результаты "темновых тестов" каким-то образом экстраполировать на высотные дела (в смысле "заменить" темноту на высоту), но чувствительность датчика на основе согласованной пары JFET'ов впечатляет однозначно...

Non-conformist> В смысле - МОДИФИЦИРОВАТЬ схему Брата-2.

http://pic.ipicture.ru/uploads/091111/j62wgSQ9Yo.png [not image]

Резистор в истоковой цепи JFET'ов, номиналом примерно равный сопротивлению каждого из каналов двух транзисторов согласованной пары в дежурном режиме, представляет собой третье плечо делителя, который делит напряжение питания на три равные части, тем самым повышая максимально допустимое напряжение питания примерно до тридцати вольт (максимальное Uси транзисторов согласованной пары равно 10 В).

***
Дешевые сигнальные МОП-транзисторы в мелких корпусах:
BSS138 (n-MOS, SOT-23, 50V x 0,2A) - 1,25 грн
BSS84 (p-MOS, SOT-23, 50V x 0,1A) - 1,5 грн

Очередная версия братской схемы - с гораздо большим суммарным коэффициентом усиления (все три транзистора включены ОИ/ОЭ). На чувствительность это не влияет, но увеличивает скорость опрокидывания схемы до практически достижимого предела.

http://pic.ipicture.ru/uploads/091112/bWVd03UbPb.png [not image]

Несколько "неудобна" р-канальная структура спарки, которая вынуждает применять силовой ключ той же структуры (это если стремиться к максимальному коэффициенту усиления тракта). Но хоть Хохи и советует по возможности избегать применения р-канальных силовиков, в данном случае IRFR9024 имхо выглядит вполне уместным: высоких характеристик от него не требуется, он относительно недорог и вполне доступен (3,60 грн, "Виаком").

Базовый делитель VT3 необходим в силу того, что в дежурном режиме через JFET'ы течет ток - делитель выставляет рабочую точку этого транзистора таким образом, чтобы в дежурном режиме он был в отсечке (Uбазы
На данном этапе мне представляется, что такая схема в полной мере реализует идеологию "plug-n-play" для широкого ассортимента применяемых деталей (прежде всего сборок JFET'ов) и номиналов резисторов, сохраняя при этом низкую стоимость и высокие характеристики:

1. КР504НТ1 - 0,7 грн
2. ВС846 - 0,4 грн
3. IRFR9024 - 3,6 грн
4. антипара - 4,0 грн
5. 470u35V - 2,0 грн
__
~ $1

Терзал базовую схему (что в первом сообщении, только без защелки) высоким напряжением - дошел до 53 В (девять шестивольтовых батареек). Все работает четко; дежурный ток 2 мкА!

Падение напряжения С-И на нижнем JFET'е достигает 20 В, когда он заперт (стартовое положение антипары под пасмурным небом) и совершенно не возрастает при увеличении напряжения питания. При уменьшении освещенности напряжение С-И запертого JFET'а падает. Как поведет себя схема при БОЛЬШОМ уровне освещенности (при ясной погоде), рассказать пока не могу - нет условий. Но надеюсь, что источник тока застабилизирует напряжение С-И на уровне тех же двадцати вольт.

По даташиту на эти сборки (если так можно назвать те отрывочные сведения, которые с некоторым трудом мне удалось отыскать в инете) максимальное напряжение СИ = - 10 В. Повторюсь - все отлично работает и при двадцати. Попытки регулировки источника тока (верхний JFET) путем добавления резистора диапазона десятков килоом в цепь З-И, как советует Хохи, к уменьшению напряжения С-И нижнего JFET'а не привели. Эксперименты продолжаются...

Non-conformist> По даташиту на эти сборки (если так можно назвать те отрывочные сведения, которые с некоторым трудом мне удалось отыскать в инете) максимальное напряжение СИ = - 10 В.
Виноват, это не С-И, а З-С и З-И. А сток - исток вообще не указано. Можно считать, что 25 В, как и у остальных.

С утра - чистое, голубое небо. Напряжение С-И запертого нижнего JFET'а - 20 В! Похоже, что не освещенность определяет максимальное напряжение С-И запертого транзистора. И не напряжение питания.

Напряжение С-И ВЕРХНЕГО JFET'а (источника тока) в дежурном (стартовом) состоянии 9 мВ; в активированном (апогейном) 36 мВ. Т.е. в отличие от нижнего транзистора сопротивление канала источника тока изменяется строго наоборот.

Non-conformist> Похоже, что не освещенность определяет максимальное напряжение С-И запертого транзистора. И не напряжение питания.
Все, вроде разобрался. ТОК определяет! Ток, который течет сверху вниз по каналам. А этот ток в свою очередь определяется смещением затвора источника тока относительно его истока: сейчас, когда исток и затвор закорочены, величина тока источника равна НАЧАЛЬНОМУ току стока (Uзи = 0). Для того, чтобы уменьшить этот ток, надо "подпереть" исток источника резистором - сопротивление канала возрастет, и ток уменьшится. Уменьшится ток - уменьшится падение напряжения на запертом нижнем транзисторе (влезем в требования ДШ, на сердце станет спокойно).

Почему не получилось это сделать вчера. Экспериментировал с величиной затворного делителя силовика. Доэкспериментировался до 10М в верхнем плече и М68 в нижнем. А источник тока пытался регулировать максимум резистором 1М. Теперь ясно, почему он "не смог" изменить ток источника: это изменение просто-напросто осталось незамеченным...

Non-conformist> Почему не получилось это сделать вчера.
Экспериментального подтверждения версия не получила...

От затворного делителя силового транзистора оставил нижнее плечо - 51К, а затвор силовика закоротил с его истоком, чтобы не путался под ногами. В источник тока впаял М33 - ток потребления при затемненном отпирающем светодиоде антипары и 53 В питания составил 505 мкА, причем отпирающий светодиод самым явным образом тлеет.

Убрал М33 (закоротил С-И источника), остальное оставил без изменения - ток потребления цепи возрос до 517 мкА. Светодиод тлеет! Открываю отпирающий светодиод, затеняю запирающий - никакой реакции: входной каскад неуправляем. Впаиваю на свое место верхнее плечо делителя силового затвора (1М) - тление пропадает, работоспособность полностью восстанавливается.

Вывод: нельзя перегружать согласованную пару по току стока. Т.е. на должность промежуточного транзистора напрашивается сигнальный МОСФЕТ, смещенный высокоомным затворным делителем. Дополнительные 80 копеек бюджета...

Надо будет еще раз сравнить чувствительность согласованной пары и смещенного обычным резистором одиночного JFET'а, сходного по характеристикам с транзисторами согласованной пары...

Non-conformist> Надо будет еще раз сравнить чувствительность согласованной пары и смещенного обычным резистором одиночного JFET'а, сходного по характеристикам с транзисторами согласованной пары...
Отобрал лучший из пятнадцати КП103 и худшую из четырнадцати КР504НТ1 - по величине напряжения отсечки они оказались почти одинаковыми; начальный ток у согласованной пары примерно на один миллиампер больше, чем у КП103.

Продолжение балета в понедельник.

Non-conformist> Отобрал лучший из пятнадцати КП103 и худшую из четырнадцати КР504НТ1 ...
Но проще и правильнее сначала испытать согласованную пару, а потом один из ее транзисторов заменить резистором, и повторить испытание.

Так как схемы транзисторных датчиков на форуме потеряны, схемы повторяю, кроме того предлагаю дополнительную схему на Рис.5. Данная схема позволяет работать схеме с напряжением отсечки затвора полевого транзистора до 3,5В, но она не предназначена для устройств с конденсаторным питанием, так как схема потребляет ток в стартовом режиме. Для настройки вывод 4 соединить с 1, то есть выключить режим защелки. Затвор VT1 соединить с общим проводом. Резистором R2 выставить напряжение на коллекторе VT2 примерно 80-90% от Uпит. Если в последней схеме применить транзистор с напряжением отсечки менее 1В, то ее чувствительность будет выше, чем с тем же транзистором в стандартной схеме.

Брат-2> ... предлагаю дополнительную схему ...

Я тему специальную открыл: Светодиодный датчик апогея

Брат-2> ... Рис.5. Данная схема позволяет работать схеме с напряжением отсечки затвора полевого транзистора до 3,5В ...

Честно говоря, не понял, как в этой схеме получается закрыть JFET с напряжением отсечки 3,5 В при помощи светодиода, развивающего максимум два вольта с копейками.

Или JFET здесь ни при чем - ты базу VT2 в дежурном режиме притягиваешь к питанию, смещая этот транзистор в отсечку? Какой номинал R2 в настроенной схеме? R2-VD3 в опрокидывании схемы не участвуют, стало быть VT2 запирается именно R2.

Тем самым ты удерживаешь схему в дежурном положении, в то время как через канал JFET'a шурует недодавленный запирающим светодиодом ток. Так дело обстоит?

Non-conformist> Честно говоря, не понял,.. Или JFET здесь ни при чем...
К сожалению, человек я занятой, хотел представить нормальное пояснение, увы, не получается. В принципе ты понял идею правильно. Если посмотреть на сток-затворную характеристику нашего полевика, то очевидно, что начальный ток стока начинает падать уже при минимальном отрицательном значении напряжения на затворе, причем крутизна характеристики максимальна при максимальном начальном токе стоке. Именно режимом VT2 мы подбираемся к начальному моменту падения тока стока VT1, то есть не запирая полностью VT1, мы можем полностью закрыть VT2. Резистор R2 для настройки необходимо взять подстроечный 1 кОм, его номинал будет в пределах 100 -600 Ом. Так как VT2 в предлагаемой схеме практически переводится в линейный режим, то зависимость его режима от Uпит и температуры обеспечены и схема для практики неприемлема. Поэтому включен в цепь смещения базы кремниевый диод, который стабилизирует напряжение на базе и компенсирует ТКН., но диод мешает организовать режим защелки, поэтому необходим R1. Так как VT1 полностью может и не закрываться, то схема имеет стартовый ток потребления.
А то, что открыл на форуме раздел по фотодатчикам апогея очень правильно!

Брат-2> ... VT2 в предлагаемой схеме практически переводится в линейный режим ...

Ну, не совсем имхо. Именно что "практически" - т.е. только ПОДВОДИТСЯ к нему. А насчет диода не сообразил, когда сам разбирался - спасибо за пояснение. В верхнем плече базового делителя - диод, в нижнем - переход Б-Э транзистора (т.е. тоже "диод") - при синхронном прогреве/охлаждении компонентов средняя точка этого делителя (рабочая точка транзистора) остается практически на месте...

***
А я хочу попробовать в качестве промежуточного транзистора МОП-полевик. Во-первых это даст возможность не думать о стабильности рабочей точки его затвора (в известном упрощении); а во-вторых это имхо позволит задавить недодавленный запирающим светодиодом ток JFET'а до такой степени, что его величину будет определять уже не экземпляр JFET'a, а сопротивление его стоковой цепи - т.е. затворный делитель этого самого промежуточного полевика (10 .. 15 Мом). И в-третьих, такое решение обеспечивает снижение дежурного тока устройства до нескольких МИКРОампер, что по крайней мере дает надежду на сохранение КОНДЕНСАТОРНОГО питания устройства.

Если же будет мешать падающее напряжение, которое присуще конденсатору как источнику питания, то в нижнем плече затворного делителя промежуточного полевика можно будет попробовать применить всем известные суррогатные стабилитроны микромощного диапазона - светодиоды, либо обратносмещенные переходы биполярных транзисторов...

Играюсь со схемой:

http://pic.ipicture.ru/uploads/091117/dP6w6S4cqW.png [not image]

Выводы 4-5 сборки закорочены (верхний JFET выведен из работы); напряжение питания 53 В, стоковая нагрузка нижнего JFET'a (сумма сопротивлений затворного делителя VT2) 1М + 51К. Освещение стабильное (небо - однотонный, светло-серый туман). Экземпляры сборок для замеров вставляются в панельку; отпирающий светодиод антипары берется пальцами за линзу, а запирающим ищется в окне максимум падения С-И нижнего JFET'a. Вольтметр ВУ-15; всё заземлено; Rвх > 15М.

Непонятный момент: напряжение С-И на закрытом JFET'е с ростом питающего напряжения (более 20 В) останавливается и стабилизируется на отметке около 20В. Это напряжение варьирует от экземпляра к экземпляру в пределах 19,6 .. 21 В; причем вариации эти не обнаруживают какой-либо связи с параметрами транзисторов - ни с Iнач, ни с Uотс. Произведены замеры десяти экземпляров сборок - никакой закономерности.

Попробовал увеличить сопротивление нагрузки стока (последовательно к делителю добавил 10М) - ничего не изменилось: те же 20 В в запертом состоянии. Схема живая, прекрасно управляет лампочкой накаливания. Снижения чувствительности при переходе от двух- к однотранзисторной схеме входного каскада при дневном свете обнаружить не удалось - буду ждать сумерек. Не замечено также и перераспределения напряжений С-И: при включении верхнего JFET'а (источника тока) в работу, максимальный перепад С-И его составил несколько десятков милливолтьт; на нижнем JFET'e по-прежнему падает около 20 В.

Non-conformist> Играюсь со схемой:

Да, схема без защелки: антипара подключена не к холодному концу нагрузки, а к плюсу питания.

Решил попробовать довести JFET до лавинного пробоя, о котором писал Брат-2, повышая напряжение питания. Надставил еще четыре батарейки; в сумме тестер показал 78 В. Пробить не получилось: падение С-И JFET'a нисколько не увеличилось - весь прирост напряжения упал на стоковой нагрузке JFET'a. Всё отлично управляется... Интересно...

http://pic.ipicture.ru/uploads/091117/k0QH0243YT.jpg [not image]

Non-conformist> Снижения чувствительности при переходе от двух- к однотранзисторной схеме входного каскада при дневном свете обнаружить не удалось - буду ждать сумерек.

Ничего не обнаружилось и в сумерках: субъективно одно- и двухтранзисторные схемы входного каскада совершенно равноценны; во всяком случае при условии, что транзисторы имеют адекватные применению Uотс (менее 1,5 .. 2 В). Выводы:

1. В данном применении второй транзистор "чувствительной" КР504НТ1А можно не использовать
2. В данном применении КР504НТ1А показала себя достойной заменой позолоченым КП103 (в четыре-пять раз более дорогим)
3. В данном применении КР504НТ1А характеризуется ВЫСОКИМ ФАКТИЧЕСКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПРОБОЯ С-И
4. Необходимо проверить эффективность двухтранзисторной "каскодной" схемы с транзисторами, обладающими значениями Uотс более 2 .. 3 В

Сейчас ожидаю приезда КР504НТ2, -НТ3, -НТ4 (по пять штук с разными буквенными индексами); по всей вероятности эксперименты будут продолжены на следующей неделе.

Появился вопрос к математикам: как рассчитывается и в чем выражается качество согласования транзисторов в парах? Файл прилагаю.

http://pic.ipicture.ru/uploads/091118/q6Ufi2T935.png [not image]