Stabilita oscilátoru s 555

[jef111]

Řeším problém se stabilitou otáček gramofonu, kde je krokový motor řízený oscilátorem s klasickýám časovačem NE555. Je to NC452, kterou jsem tu už před lety řešil s jinými problémy...

Jde o klasický AKO, plynulé řízení otáček se provádí změnou časovacího odporu. Hodnoty jsou asi 22k a 82nF. Přepínání rychlosti 33 a 45RPM se řeší změnou referenčního napětí, do pinu 5 se připojí odpor buď k napájení nebo k zemi přes CMOS přepínač 4053, tím se reference změní a tím i frekvence oscilátoru. Celkově to ale není moc stabilní - pro kontrolu stability mám stroboskop s krystalovým oscilátorem (stabilita v řádu 10E-5). Nejhorší je to po zapnutí, to abych seřizoval každé dvě minuty...

Na tomto zapojení jsem udělal několik úprav:
1 - Stabilizované napájení pro obvod časovače 10V s TL431, stabilita toho napětí je v řádu 10E-3 v celém rozsahu provozní teploty (měřeno po dobu 24hod).
2 - Všechny odpory okolo 555 vyměněny za stabilní TR161, časovací kondenzátor je připojený koaxem v oddělené krabičce tak, aby nebyl ohřívaný ostatními obvody. Všechny trimry precizní desetiotáčkové.
3 - Přepínání rychlosti jsem vyřešil jedním děličem mezi stabilizované napájení a zem o celkovém odporu asi 5k, obě přepínané reference se berou z jednoho děliče z běžců trimrů které jsou sériově.
4 - Přepínač 4053 jsem vyřadil z obvodu referencí, nahradil ho jazýčkovými relé. 4053 teď ovládá relé a jeho tepelná (ne)stabilita neovlivní časovač.

Každá z těch úprav stabilitu vylepšila, ale stále to není ono. Teď ujíždí defakto během první hodiny, pak už bych s tím byl spokojený. Ale ta první hodina je právě doba, kdy většinou chci na gramofonu poslouchat.

Obávám se, že teď už jsem narazil na limity vlastní 555. Mám pocit že docela hřeje. Přemýšlel jsem o chlazení, ale to by asi nic moc nevyřešilo, "ujíždění" by se jen časově roztáhlo do delší doby. Říkám si, že by možná stálo za to zkusit tentýž obvod od různých výrobců? Existuje i CMOS verze, ta by snad z principu mohla hřát o něco míň, takže i stabilita by mohla být lepší.

Výrobců je mnoho - Philips (NXP), ST microelectronics, Tesla, NDR, Fairchild, Intersil, Harris...
Zajímavé je, že jedině v datašítu od Harrisu jsem našel docela podrobné informace o časové stabilitě. Není však s čím srovnat, jelikož nikdo jiný stabilitu neudává.

Má s tím někdo zkušenosti - který výrobce nebo která verze by měla být lepší? Případně nějaké další tipy na vylepšení stability. Už jsem z toho docela zoufalý, hrabu se v tom přes týden

[jef111]

Řeším problém se stabilitou otáček gramofonu, kde je krokový motor řízený oscilátorem s klasickýám časovačem NE555. Je to NC452, kterou jsem tu už před lety řešil s jinými problémy...

Jde o klasický AKO, plynulé řízení otáček se provádí změnou časovacího odporu. Hodnoty jsou asi 22k a 82nF. Přepínání rychlosti 33 a 45RPM se řeší změnou referenčního napětí, do pinu 5 se připojí odpor buď k napájení nebo k zemi přes CMOS přepínač 4053, tím se reference změní a tím i frekvence oscilátoru. Celkově to ale není moc stabilní - pro kontrolu stability mám stroboskop s krystalovým oscilátorem (stabilita v řádu 10E-5). Nejhorší je to po zapnutí, to abych seřizoval každé dvě minuty...

Na tomto zapojení jsem udělal několik úprav:
1 - Stabilizované napájení pro obvod časovače 10V s TL431, stabilita toho napětí je v řádu 10E-3 v celém rozsahu provozní teploty (měřeno po dobu 24hod).
2 - Všechny odpory okolo 555 vyměněny za stabilní TR161, časovací kondenzátor je připojený koaxem v oddělené krabičce tak, aby nebyl ohřívaný ostatními obvody. Všechny trimry precizní desetiotáčkové.
3 - Přepínání rychlosti jsem vyřešil jedním děličem mezi stabilizované napájení a zem o celkovém odporu asi 5k, obě přepínané reference se berou z jednoho děliče z běžců trimrů které jsou sériově.
4 - Přepínač 4053 jsem vyřadil z obvodu referencí, nahradil ho jazýčkovými relé. 4053 teď ovládá relé a jeho tepelná (ne)stabilita neovlivní časovač.

Každá z těch úprav stabilitu vylepšila, ale stále to není ono. Teď ujíždí defakto během první hodiny, pak už bych s tím byl spokojený. Ale ta první hodina je právě doba, kdy většinou chci na gramofonu poslouchat.

Obávám se, že teď už jsem narazil na limity vlastní 555. Mám pocit že docela hřeje. Přemýšlel jsem o chlazení, ale to by asi nic moc nevyřešilo, "ujíždění" by se jen časově roztáhlo do delší doby. Říkám si, že by možná stálo za to zkusit tentýž obvod od různých výrobců? Existuje i CMOS verze, ta by snad z principu mohla hřát o něco míň, takže i stabilita by mohla být lepší.

Výrobců je mnoho - Philips (NXP), ST microelectronics, Tesla, NDR, Fairchild, Intersil, Harris...
Zajímavé je, že jedině v datašítu od Harrisu jsem našel docela podrobné informace o časové stabilitě. Není však s čím srovnat, jelikož nikdo jiný stabilitu neudává.

Má s tím někdo zkušenosti - který výrobce nebo která verze by měla být lepší? Případně nějaké další tipy na vylepšení stability. Už jsem z toho docela zoufalý, hrabu se v tom přes týden

[Davidus]

a co použít nějaký MCU v pouzdře DIL8 a k tomu krystal?

Podle mě se ti to rozjíždí díky kondenzátoru - máš tam keramiku nebo svitek?

[SDZ]

Záleží jakou frekvenci je třeba.Neastačil by třebas 12F675 (má interní 4Mhz)?

[jef111]

Davidus:
Když už jsem s tim tak daleko, nebudu to celý překopávat. Navíc, víš jak "miluju" všechny ty softvéry. Leda že bys mi to chtěl udělat, to bych nebyl proti
Pokud bych to měl dělat celý znovu, udělám zpětnovazebbní řízení s krystalem, podobně jako v profi magnetofonech. Ale to teď fakt neee...

S tou keramikou na časování si děláš srandu? Měřil jsem teplotní závislost různých kondíků a není pro mě problém namodelovat téměř jakokoliv teplotní závislost, složením různých materiálů. není svitek jako svitek, liší se zásadně. A keramika patří do koše

Oscilátor běží někde v řádu stovek Hz, přesnou frekvenci jsem nějak neměl potřebu řešit. Klidně to ale změřím.

[jef111]

Davidus:
Když už jsem s tim tak daleko, nebudu to celý překopávat. Navíc, víš jak "miluju" všechny ty softvéry. Leda že bys mi to chtěl udělat, to bych nebyl proti
Pokud bych to měl dělat celý znovu, udělám zpětnovazebbní řízení s krystalem, podobně jako v profi magnetofonech. Ale to teď fakt neee...

S tou keramikou na časování si děláš srandu? Měřil jsem teplotní závislost různých kondíků a není pro mě problém namodelovat téměř jakokoliv teplotní závislost, složením různých materiálů. není svitek jako svitek, liší se zásadně. A keramika patří do koše

Oscilátor běží někde v řádu stovek Hz, přesnou frekvenci jsem nějak neměl potřebu řešit. Klidně to ale změřím.

[Davidus]

Hoď mi do sz co přesně to má dělat a kmitočty.

[jef111]

Krom vlastního generování taktu to musí taky umět zapínat a vypínat motor jedním tlačítkem a druhým tlačítkem ovládat zvedáček a s tím i zpožděně mutovací relka... Frekvence změřím, napíšu večer, ale nečekej nic celočíselného

PS: Jo a taky tam je optickej koncovej vypínač. Ale to sou už asi malý věci.

[jef111]

Krom vlastního generování taktu to musí taky umět zapínat a vypínat motor jedním tlačítkem a druhým tlačítkem ovládat zvedáček a s tím i zpožděně mutovací relka... Frekvence změřím, napíšu večer, ale nečekej nic celočíselného

PS: Jo a taky tam je optickej koncovej vypínač. Ale to sou už asi malý věci.

[Crifodo]

S RC oscilátorem přímo na frekvenci krokáče nečekej zázraky, pod 10-4 se asi s přesností nedostaneš a vynaložená práce nebude adekvátní výsledku. Když už nechceš dělat řízení s mcu, tak zkus třeba postavit krystalový oscilátor s 4060 a po vydělení s ním synchronizovat tu 555, když už ji toužíš použít.

[jef111]

Netoužím použít 555 je to shit. Ale nechce se mi dělat celé ovládání gramofonu nové, snažím se nějak upravit původní zapojení nebo aspoň zachovat původní desku. V datašítech jsem se dočetl že snad SE555 by měla být stabilnější než klasické NE555 a taky to CMOS provedení ICM7555 vypadá datašítově stabilnější. Napadlo mě ještě zavést nějakou tepelnou kompenzaci třeba přilepením časovacího kondenzátoru nebo jeho "části" přímo k pouzdru 555. Těch 10E-4 by mě stačilo, kdyby v tom řádu drželo přes celý rozsah pracovní teploty, což je asi 20-40°C.

Teď jsem prohrabal šuplíkové zásoby a našel jsem asi 20 kusů různých provedení 555 tak zkusím vybrat stabilnější kus. CMOSkovou jsem ale nenašel

[jef111]

Netoužím použít 555 je to shit. Ale nechce se mi dělat celé ovládání gramofonu nové, snažím se nějak upravit původní zapojení nebo aspoň zachovat původní desku. V datašítech jsem se dočetl že snad SE555 by měla být stabilnější než klasické NE555 a taky to CMOS provedení ICM7555 vypadá datašítově stabilnější. Napadlo mě ještě zavést nějakou tepelnou kompenzaci třeba přilepením časovacího kondenzátoru nebo jeho "části" přímo k pouzdru 555. Těch 10E-4 by mě stačilo, kdyby v tom řádu drželo přes celý rozsah pracovní teploty, což je asi 20-40°C.

Teď jsem prohrabal šuplíkové zásoby a našel jsem asi 20 kusů různých provedení 555 tak zkusím vybrat stabilnější kus. CMOSkovou jsem ale nenašel

[Crifodo]

o jakou frekvenci se jedná a jaká stabilita byla původně výrobcem zaručována?
stejně si myslím, že kompenzováním kompenzačních prvků akorát strávíš půl mládí a fungovat to nebude.

[AmarokCZ]

Má-li NE555ka typicky teplotní závislost 150ppm/°C, tak se těžko v tom tvém stanoveném rozsahu bez přídavné kompenzace vejdeš pod 10^-4.
Jinak než s krystalem to jednoduše nejde.

[jef111]

Nevím zda výrobce něco zaručoval, manuál od toho gramce nemám. A i kdyby, stejně by tam byl nějaký nesmysl typu "stabilita rychlosti lepší než 0,5%" apod.... Kolísání rychlosti o 0,5% je tragické, neposlouchatelné. V původním zapojení bylo strobo buzené dvoucestně usměrněnou sítí. Nevím jak je to teď, ale před lety jsem četl o zaručované stabilitě +-0,5Hz, to je 1%. Celé to bylo o ničem, tak se z toho postupně snažím udělat něco použitelného Stabilita rychlosti je asi poslední věc která mě na tomto přístroji trápí.

AmarokCZ:
No právě že 150ppm/°C je nanic. Myslel jsem že mi tu třeba někdo poradí, která verze bude mít teplotní závislost nejmenší... apod.

[jef111]

Nevím zda výrobce něco zaručoval, manuál od toho gramce nemám. A i kdyby, stejně by tam byl nějaký nesmysl typu "stabilita rychlosti lepší než 0,5%" apod.... Kolísání rychlosti o 0,5% je tragické, neposlouchatelné. V původním zapojení bylo strobo buzené dvoucestně usměrněnou sítí. Nevím jak je to teď, ale před lety jsem četl o zaručované stabilitě +-0,5Hz, to je 1%. Celé to bylo o ničem, tak se z toho postupně snažím udělat něco použitelného Stabilita rychlosti je asi poslední věc která mě na tomto přístroji trápí.

AmarokCZ:
No právě že 150ppm/°C je nanic. Myslel jsem že mi tu třeba někdo poradí, která verze bude mít teplotní závislost nejmenší... apod.

[Crifodo]

Zjisti si teplotní koeficienty těch kondů, odporů a trimrů, abys věděl, jestli se vůbec máš honit za ideální 555kou.
Jestli jsem to pochopil, tak chceš zachovat desku s buzením pro krokové motory i oscilátor, akorát ti vadí malá přesnost, takže bych doporučil se nebránit použít podpůrný oscilátor, který bude synchronizovat tu 555. Odvozením od krystalu získáš stabilní frekvenci a odpadne jemné dorovnání 33 1/3 a 45. Když by ta vydělené rychlost nebyla možná z binárního děliče s 4060, tak bys tam snad mohl nacpat malou destičku s jednočipem s hodinama z krystalu k 555 a ty stovky Hz nebo kolik potřebuješ pro krokáč získávat z něj.

[jef111]

Ten nápad se synchronizací krystalem nezní špatně, mrknu na to
Ale jak začnu dělat nějaké destičky tak s tím nejspíš praštím a udělám zpětnovazební řízení se stejnosměrným motorem a bude vystaráno. Mám tu ležet desku řízení capstanu z Mechlabora, takže by možná stačilo dodělat kotouček pro snímání otáček, nějak to mechanicky vyřešit... a doladit rychlosti/frekvence.

Ale radši bych tam práskl "suprstabilní 555" a měl vystaráno

Odpory použité v děliči reference a časovací odpory mají tepelnou závislost max +-50ppm/K (TR161-C2 a D2) což taky není kdeco. Možná je taky zkusím tepelně svázat, jsou blízko u sebe. Teplotní závislost časovacího kondíku je podobná, dal jsem dokupy hermeticky uzavřené Koweg a styroflex jakýsi TGL. Jejich teplotní závislosti jsou malé a protichůdné a tak se docela snadno podařilo najít optimální poměr obou materiálů Takto složený kondík mám v plechové krabičce přimontované na kovové šasi a na desku připojený kouskem koaxu. Teplota v okolí krabičky se mění maximálně o pár stupňů takže kapacita je stabilní.

Pokud to dnes stihnu tak ještě změřím stabilitu napětí z trimrů pro CONTROL.

Frekvence současného oscilátoru je 204,08Hz pro 33ot/min a 276,18Hz pro 45ot/min. Odečítám při "stojící značce" stroboskopu, spoléhám na to že při výrobě talíře udělali značky přesně

[jef111]

Ten nápad se synchronizací krystalem nezní špatně, mrknu na to
Ale jak začnu dělat nějaké destičky tak s tím nejspíš praštím a udělám zpětnovazební řízení se stejnosměrným motorem a bude vystaráno. Mám tu ležet desku řízení capstanu z Mechlabora, takže by možná stačilo dodělat kotouček pro snímání otáček, nějak to mechanicky vyřešit... a doladit rychlosti/frekvence.

Ale radši bych tam práskl "suprstabilní 555" a měl vystaráno

Odpory použité v děliči reference a časovací odpory mají tepelnou závislost max +-50ppm/K (TR161-C2 a D2) což taky není kdeco. Možná je taky zkusím tepelně svázat, jsou blízko u sebe. Teplotní závislost časovacího kondíku je podobná, dal jsem dokupy hermeticky uzavřené Koweg a styroflex jakýsi TGL. Jejich teplotní závislosti jsou malé a protichůdné a tak se docela snadno podařilo najít optimální poměr obou materiálů Takto složený kondík mám v plechové krabičce přimontované na kovové šasi a na desku připojený kouskem koaxu. Teplota v okolí krabičky se mění maximálně o pár stupňů takže kapacita je stabilní.

Pokud to dnes stihnu tak ještě změřím stabilitu napětí z trimrů pro CONTROL.

Frekvence současného oscilátoru je 204,08Hz pro 33ot/min a 276,18Hz pro 45ot/min. Odečítám při "stojící značce" stroboskopu, spoléhám na to že při výrobě talíře udělali značky přesně

[BOBOBO]

Nwm co supertragické , ale bude to stejné , jako měření teploty v chladničce . Je to jako s tím čajem . Děd poslouchal , táta poslouchal , syn poslouchal s povolenou úchylkou , ale vnukovi to vadí . Je sakra rozdíl v odchylce rychlosti a v kolísání , pokud bude vyšší kolísání , to se opravdu lehce bez měření pozná , úchylka rychlosti jen u velmi dobrého muzikanta .

[jef111]

Mě nejde ani tak o nějaké rozdíly ve zvuku, ty jsou zanedbatelné, pokud to zrovna neujede moc. Muzikant (už) nejsem, podle dosavadních zkušeností toho ale slyším docela hodně ve srovnání s "nevycvičeným" posluchačem.
Jde mi o časovou synchronizaci při srovnávání/přepínání. Když musím každých pár minut dotahovat tak je to otrava. Ale to je přece jedno, vlákno není o tom zda vadí nebo nevadí ujetá rychlost. Je to o stabilitě oscilátoru.

Včera jsem ještě měřil stabilitu referenčního napětí z děliče. Pro rychlost 33 je napětí 7,4V a drift byl během první hodiny po zapnutí do 0,5mV. Myslím že tepelné svázání odporů by tomu ještě trochu pomohlo, ale asi to nebude nutné. Zdá se, že drift je způsobený hlavně děličem uvnitř samotné 555. Když schladím její pouzdro podržením ruky, napětí ujede o pár desetin milivoltu. Rozdíly referenčního napětí dělají rozdíl frekvence pod 0,01Hz na 100uV. Přitom frekvence je po zapnutí o téměř 0,2Hz nižší a postupně se "dotahuje".

Takže bych to viděl na následující postup:
- Tepelně svázat všechny odpory okolo 555. Zalít silikonem?
- Sehnat SE555, ICM7555 a vyzkoušet zda se stabilita nezlepší.
- Když se nebude dařit, trochu to vykompenzuju změnou tepelné závislosti časovacího kondíku a nechám to být...

[jef111]

Mě nejde ani tak o nějaké rozdíly ve zvuku, ty jsou zanedbatelné, pokud to zrovna neujede moc. Muzikant (už) nejsem, podle dosavadních zkušeností toho ale slyším docela hodně ve srovnání s "nevycvičeným" posluchačem.
Jde mi o časovou synchronizaci při srovnávání/přepínání. Když musím každých pár minut dotahovat tak je to otrava. Ale to je přece jedno, vlákno není o tom zda vadí nebo nevadí ujetá rychlost. Je to o stabilitě oscilátoru.

Včera jsem ještě měřil stabilitu referenčního napětí z děliče. Pro rychlost 33 je napětí 7,4V a drift byl během první hodiny po zapnutí do 0,5mV. Myslím že tepelné svázání odporů by tomu ještě trochu pomohlo, ale asi to nebude nutné. Zdá se, že drift je způsobený hlavně děličem uvnitř samotné 555. Když schladím její pouzdro podržením ruky, napětí ujede o pár desetin milivoltu. Rozdíly referenčního napětí dělají rozdíl frekvence pod 0,01Hz na 100uV. Přitom frekvence je po zapnutí o téměř 0,2Hz nižší a postupně se "dotahuje".

Takže bych to viděl na následující postup:
- Tepelně svázat všechny odpory okolo 555. Zalít silikonem?
- Sehnat SE555, ICM7555 a vyzkoušet zda se stabilita nezlepší.
- Když se nebude dařit, trochu to vykompenzuju změnou tepelné závislosti časovacího kondíku a nechám to být...