Усиление сигнала ШИМ с помощью операционного усилителя. Является ли скорость нарастания скорости проблемой?

Мне нужно усилить ШИМ-сигнал с 5 В до 24 В, чтобы управлять Mosfet, который, в свою очередь, управляет небольшим двигателем постоянного тока. Входной сигнал имеет частоту 500 Гц и поступает от Arduino Uno (вывод 9).

Для усиления сигнала я подумал об использовании типичной конфигурации неинвертирующего усилителя.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Если я использую операционный усилитель, такой как TL071, типичная скорость нарастания составляет 16 Вольт / микросекунда. Это означает, что операционному усилителю потребуется 24/16 = 1,5 микросекунды для достижения высокого уровня мощности ШИМ. Это кажется мне приемлемым, поскольку при частоте ШИМ 500 Гц период ШИМ должен составлять 2000 микросекунд, поэтому 1,5 на 2000 пренебрежимо малы.

Есть ли что-то еще, что я должен сделать? Например, я должен рассмотреть время, которое mosfet должен зарядить ворота? Есть ли лучший способ усиления сигнала ШИМ?

Кроме того, предположим, что я хотел бы увеличить частоту ШИМ. Например, до 2,5 кГц. в этом случае период ШИМ должен составлять 380 микросекунд. учитывая 1,5 на 380, скорость нарастания мне все еще кажется приемлемой.

Для такого усиления напряжения вы обычно используете ... MOSFET.

Простое N-канальное переключение нижней стороны с резистором, идущим на положительное напряжение питания:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Значение R1 зависит от того, что вам нужно переключить снаружи.

На самом деле это инвертирующая схема, но это на самом деле не имеет значения - большинство микроконтроллеров могут просто установить полярность ШИМ, или вы можете просто логически инвертировать рабочий цикл.

Что действительно поднимает вопрос, почему вы думаете, что вам придется поднять напряжение затвора полевого МОП-транзистора, которым вы пытаетесь управлять!

Здесь есть несколько неправильных или запутанных вещей:

1. 24 В очень высокая для ворот MOSFET. Они обычно указываются для полного переключения с напряжением 10 или 12 В. 24 В может быть абсолютным максимумом, а не тем, на который предполагается переключаться.

2. TL071 совершенно неуместен здесь. Им нужно несколько вольт запаса от обоих источников на входе и выходе.

3. Типичные характеристики не имеют смысла.

4. Используйте драйвер FET. Управление воротами FET из цифрового сигнала - это именно то, для чего они предназначены.

5. В зависимости от напряжения питания двигателя и тока двигателя, вы можете использовать полевой транзистор, который переключается при напряжении всего 5 В на затворе. Если двигатель питается от 30 В или меньше, то будет работать что-то вроде IRLML0030. Вы просто подключаете его ворота непосредственно к цифровому выходу.

6. 500 Гц, вероятно, достаточно быстрый, чтобы двигатель механически фильтровал импульсы. Однако, вероятно, будет слышен скулящий звук, и ток, вероятно, будет значительно меняться во время включения и выключения каждого импульса.

   Даже если вы не заботитесь о нытье, постоянное течение имеет значение. Подумайте о токе, проходящем через двигатель, разбитый на составляющие постоянного и переменного тока Только компонент постоянного тока перемещает двигатель. Компонент переменного тока не делает ничего полезного, но все же вызывает нагрев из-за резистивного компонента катушек двигателя. Короче говоря, чем меньше компонент переменного тока, тем более эффективен общий привод двигателя.

То, что вы проанализировали и пришли к выводу, выглядит хорошо, хорошая работа.

Вы должны поместить резистор между выходом операционного усилителя и вашим вентилем FET. Без этого операционный усилитель имеет емкость затвора FET на своем выходе, что может вызвать его колебание. Я не могу сказать значение резистора, не зная емкость затвора полевого транзистора. Тем не менее, вы обычно находите значения около 470 R или 1 K, обычно используемые, поэтому я

Есть ли что-то еще, что я должен сделать?

Драйверы шлюза, как правило, являются функцией коммутаторов, которыми вы собираетесь управлять. Наиболее важными факторами являются текущие возможности, ограничения частоты и топология привода.

Очень редко вы видите здесь линейные усилители. Драйвер Google gate может помочь вам получить больше информации.