Почему этот операционный усилитель не работает правильно?

8

Я работаю над регулируемым источником тока. Некоторое время назад обсуждались различные схемы:

простой регулируемый источник тока для светодиодной струны

... но поскольку я остановился на одном из вариантов, и он работает неправильно, я начинаю новую тему, чтобы сосредоточиться на моей головоломке.

Вот схема:

введите описание изображения здесь

Резистор делитель (30K резистор и потенциометр) обеспечивает опорное напряжение на «Set» (развертка по постоянному току v1 просто поворачивает вал горшка). Операционный усилитель должен иметь сервопривод «gate», чтобы «sense» равнялся «set», и, таким образом, ток (в миллиамперах), проходящий через нагрузку «Rload», равен напряжению «set» (в милливольтах). Просто как тот.

Источник питания 12 В, который питает цепь «set» и операционный усилитель, представляет собой 7812, питаемый от источника 24 В. И на самом деле mosfet - это FQP10N20C (довольно ванильный nfet).

Я имитировал с LTspice, и он ведет себя так, как я ожидал. Но на макете, когда «набор» увеличивается с 0 до 400 мВ, «чувствительные» треки «устанавливаются» все реже и реже. В какой-то момент я вижу 257 мВ в режиме «set», но только 226 мВ в «смысле»; поэтому только 226 мА протекает через Rload и R1. «Ворота» находятся на 3,53 В, а «вниз» на 11,7 В. Если просто исследовать операционный усилитель изолированно, кажется, что «ворота» должны быть подняты выше (до тех пор, пока, предположительно, в какой-то момент не будет достаточно тока, который «чувствителен», будет равен 257 мВ).

Операционный усилитель предназначен для использования с несимметричным источником питания, и его мощность должна легко превышать 3,53 В (при напряжении питания 12 В). Затвор полевого транзистора не должен пропускать ток (проверяется счетчиком).

Я в тупике.

Спецификация для операционного усилителя (LT1006)

RustyShackleford
источник
Есть ли у вас график объема (или измерение переменного тока на входах операционного усилителя или FET)? Это возможно есть низкие колебания уровня из - за емкости затвора.
Питер Смит
В качестве меры предосторожности против этих колебаний, упомянутых @PeterSmith, попробуйте вставить резистор последовательно с затвором. Попробуйте значения между 100 Ом-1 кОм.
Лоренцо Донати - Codidact.org
Между прочим, я проверил таблицу данных FDP18N50: его пороговое напряжение Vgs находится между 3 В и 5 В, более того, LT1006 не является операционным усилителем с рельсов на рельсы, поэтому его выход не может достигать положительной шины, которая составляет 6 В (его таблица данных). утверждает, что максимум 4,4 В при питании от 5 В), поэтому вы можете ожидать максимум около 5,5 В на выходе, возможно, этого будет недостаточно, чтобы управлять Mosfet достаточно сильно, если у вас есть образец с Vgs (th) около 5 В. Попробуйте увеличить запас операционного усилителя и посмотреть, станет ли он лучше, или попробуйте использовать mosfet с более низким максимальным значением Vgs (th).
Лоренцо Донати - Codidact.org
Глядя на схему LT1006 в таблице данных (я разработчик ИС, мне нравятся эти схемы :-)), я думаю, что она предпочитает иметь резистивную нагрузку для заземления на выходе. Я предлагаю подключить резистор сопротивлением 1 кОм между выходом операционного усилителя и заземлением, что может помочь поддерживать на выходе правильное напряжение. Вероятно, имитационная модель не включает этот эффект, поэтому резистор здесь не нужен.
Bimpelrekkie
1
Из комментария @FakeMoustache, имитационные модели LT (как и все производители) являются компромиссами, но LT документировала только то, что компромиссы: linear.com/docs/4139
Питер Смит

Ответы:

3

Проблема, очевидно, в том, что на выходе операционного усилителя наблюдаются какие-то колебания. Размещение конденсатора 10 мкФ на узле «строба» более или менее решило проблему, но размещение резистора 1 кОм между выходом операционного усилителя и затвором фетра не очень помогает. Теперь я вижу не более 7 мВ несоответствия между «чувствительностью» и «настройкой» во всем диапазоне регулировки тока (в настоящее время от 0 до 300 мА) и напряжением (необходимым для подачи этого тока через нагрузку) между 3 и 23 В ,

RustyShackleford
источник
Добавив большую (!) 10 мкФ на выходе операционного усилителя, вы увеличили запас по фазе, который остановил колебание.
le_top
2

Я только видел этот вопрос только сейчас, и ваш ответ, что операционный усилитель колеблется. Это было мое первое предположение из схемы и симптомов.

Однако мне не нравится, как вы это исправили. Простая загрузка выхода операционного усилителя с большой емкостью теперь может работать в этом случае при этой температуре, с этой фазой луны. Он может не работать с операционным усилителем той же модели из другой или будущей партии.

Лучшее решение состоит в том, чтобы поместить небольшое сопротивление в канал обратной связи между верхом чувствительного резистора тока и отрицательным входом операционного усилителя. Затем добавьте небольшой компенсационный конденсатор непосредственно с выхода операционного усилителя на отрицательный вход. Крышка обеспечивает немедленную отрицательную обратную связь переменного тока для поддержания стабильности усилителя. Резистор повышает полное сопротивление сигнала, так что крышка может иметь некоторый эффект, не будучи слишком большой для других соображений. Попробуйте 1 кОм и, возможно, 100 пФ. Вы можете использовать конденсатор большего размера, если время отклика не должно быть быстрым, и вы хотите ошибиться в сторону большей стабильности.

добавленной

Я не смотрел на таблицу данных операционного усилителя прежде, и просто ответил за обычный операционный усилитель. LT1006 оптимизирован для очень низкого напряжения смещения и низкой мощности. Это означает, что были достигнуты компромиссы в других областях. Одним из них, по-видимому, является стабильность. В техническом описании показан усилитель, используемый в качестве повторителя напряжения с единичным усилением, поэтому он, по-видимому, стабилен с единичным усилением.

Тем не менее, внимательно посмотрите на типовые схемы применения на стр. 11. Обратите внимание, что один из них имеет 1 кОм последовательно с компенсационным конденсатором 680 нФ, а другой 2 кОм с компенсацией 330 нФ. Это означает, что мое предположение выше 1 кОм и 100 пФ было слишком мало. Попробуйте комбинацию больше как то, что они используют. Поскольку у вас уже есть сопротивление серии 1 кОм, попробуйте 1 мкФ непосредственно между выходом операционного усилителя и отрицательным входом.

Другая вещь, которую вам нужно сделать, это посмотреть на сигнал с течением времени, а не на его среднее напряжение. Поместите область уже и посмотрите, что действительно происходит.

Олин Латроп
источник
Да, даже несоответствие 7mv говорит мне, что что-то не так. Я заменил провод от R1 к отрицательному входу операционного усилителя резистором 1 кОм и добавил ограничение 1000 пФ между выходом и отрицательным входом операционного усилителя. Но без этого конденсатора на выходе операционного усилителя я вижу до 20 мВ или около того расхождений (между входами операционного усилителя); с этим ограничением компоненты add'l (1 кОм и 1000 пф) не уменьшают расхождение (хотя, как вы предлагаете, они, конечно, могут сделать схему более устойчивой).
RustyShackleford
Некоторые странные наблюдения ... Если я подключу схему к ее применению - последовательную цепочку светодиодов, а не кегля 50 Ом, с которым я тестировал - расхождение между входами операционного усилителя равно 0. Это касается всех трех компонентов (упомянутых в предыдущем комментарии). Но если я снимаю крышку с выхода операционного усилителя, все сводится с ума: выход операционного усилителя достигает 5 + В, а ток возрастает до 700-800 мА (и, следовательно, отрицательный вход операционного усилителя до 700 мВ, даже если положительный вход составляет 200 мВ. или так). Мне нужно немного нестабильное поведение; одно можно сказать наверняка: это очень плохо без некоторого затухания.
RustyShackleford
Спасибо за дополнительную информацию, @Olin. Одно из их приложений (на той же странице) также имеет простой фильтр низких частот RC на выходе операционного усилителя. Я пробовал это прошлой ночью, и это, казалось, работало довольно хорошо.
RustyShackleford
Мне нужно попытаться выбрать более подходящий операционный усилитель. Я в основном искал один, допускающий одностороннюю поставку.
RustyShackleford
Интересно, есть ли хороший способ смоделировать эту нестабильность в LTspice? У меня есть актуальная модель LT1006 (не универсальный операционный усилитель). Может быть, емкостная связь в шумовом сигнале, охватывающем его частоту?
RustyShackleford
0

Недавно я вернулся к этому проекту после перерыва и продолжал испытывать проблемы со стабильностью операционного усилителя. Однако я обнаружил, что есть более простое решение проблемы, линейный регулятор LT3080; он по существу объединяет операционный усилитель и силовой транзистор моей оригинальной схемы и, кажется, очень стабилен в моем тестировании.

http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3080fc.pdf

Моя новая схема, по сути, показана на рисунке под названием «Драйвер светодиода низкого выпадения напряжения» на стр.17 таблицы. Но вместо того, чтобы подключить фиксированный резистор с контакта SET к GND, я подаю переменное напряжение на контакт SET (можно также использовать переменный резистор, но напряжение лучше работает для моего приложения). Сигнал напряжения просто должен быть в состоянии поглотить 10ua внутреннего источника тока.

Работает как часы.

RustyShackleford
источник