операционный усилитель + mosfet = источник тока. Зачем нам резистор обратной связи?

11

Резистор обратной связи нужен для компенсации погрешности входных токов? Как выбрать сопротивление R2.

Резистор R2.

Могу ли я использовать эту схему, операционный усилитель с диапазоном дифференциального входного напряжения = +/- 0,6 В? Я не уверен. думаю, нет

current-source precision

— AndreyB
источник

Очень полное обсуждение такого рода линейного источника тока размещено на другом форуме .

— user2943160

17

R2 (10k R4 на моей диаграмме) образует вместе с C1 (конденсатор емкостью 1 нФ) интегратор Миллера для предотвращения нежелательных колебаний. И да, эта схема иногда колеблется, в основном из-за плохой конструкции печатной платы / макета. И вот вам пример из реальной жизни (макет).

Без емкости Миллера:

И после того, как я добавлю емкость Миллера в схему:

http://www.ecircuitcenter.com/Circuits_Audio_Amp/Miller_Integrator/Miller_Integrator.htm

РЕДАКТИРОВАТЬ

Сегодня я снова тестирую эту схему. И результат: для RG = 0 Ом ; RF = 10 кОм без колебаний емкостной цепи Миллера (I_load от 1 мА до 1 А).

Но неожиданный сюрприз Если у меня короткое ВЧ (10 кОм) резистор, магические колебания исчезают (даже если RG = 1 кОм).

Итак, похоже, что основной причиной колебаний в моей цепи был резистор обратной связи. Я подозреваю, что RF вместе с входной емкостью операционного усилителя и некоторой паразитной емкостью добавляют полюс (задержку) к цепи, и цепь начинает колебаться.
Я даже изменил операционный усилитель на «намного более быстрый» (TL071). И результаты были почти такими же, за исключением того факта, что частота колебаний была намного выше (713 кГц).

— G36
источник

1

Если вы снизили R2 (резистор затвора) до менее 10 Ом, он будет колебаться? Считаете ли вы, что использование резистора затвора вызывает проблему, которую затем придется решить с помощью дополнительного резистора и конденсатора? Кроме того, как R2 образует с C1 конденсатор миллера - C1 разъединяет питание в соответствии с вашими фотографиями.

— Энди ака

@Andy aka Завтра вечером я постараюсь найти время и попробую его проверить. Я имел в виду схему AndreyB.

— G36

@ G36, можно ли использовать эту схему, операционный усилитель с диапазоном дифференциального входного напряжения = +/- 0,6 В? Я не уверен. Думаю, нет.

— AndreyB

@AndreyB нет, эта схема не будет работать с «диапазоном дифференциального входного напряжения».

— G36

@Andy aka For RG = 0; RF = 10 кОм схема будет искажать. Но без осцилляций, если RG = 0 кОм или 1 кОм, а RF = 0 кОм. Я пробую RF 1K и 10K, и в обоих случаях схема работает неправильно.

— G36

8

Вам не нужен резистор обратной связи, а также C1. Я предполагаю, что у «дизайнера» есть какое-то странное ощущение, что схема будет колебаться без них, но не будет.

Колебания произойдут, если Q1 обеспечит усиление - это не произойдет, потому что это источник-последователь.
Колебание произойдет, если Q1 вызовет значительный сдвиг фазы, и это более вероятно, но все еще маловероятно, если R1 (резистор затвора) будет иметь низкое значение.

Фактически, из-за присутствия R3, R1, вероятно, является излишним для требований.

Вот пример схемы от Analog Devices: -

Я не вижу двух резисторов и конденсатора в этой схеме. Если вы использовали плохой операционный усилитель для этого приложения (из-за входных смещенных напряжений, вызывающих неточности в токе), таких как LM358, то вам следует рассмотреть возможность использования биполярного транзистора, как показано в спецификации на стр. 18: -

Тем не менее, я считаю, что он будет работать с MOSFET, если вы не используете резистор затвора (или очень маленький). Существует множество примеров использования LM358 с полевыми МОП-транзисторами без дополнительных «дополнений»: -

— Энди ака
источник

2

Я согласен, что R1 является излишним, но C1 необходим, когда операционный усилитель не является стабильным с единичным усилением. Это было бы странным выбором, так как он используется в конфигурации с единичным усилением, но это может произойти, если вы используете неиспользуемый усилитель в комплекте. Как только вы решите, что C1 необходим, вам нужно R2 для его работы, так как R3, вероятно, очень низкое сопротивление.

— Олин Латроп

@OlinLathrop хорошая мысль

— Энди ака

@ Олин Латроп, объясни больше, пожалуйста.

— AndreyB

2

@AndreyB Олин имеет в виду операционные усилители, которые не являются стабильными. Большинство операционных усилителей, конечно, но (возможно) 1% специально предназначены для усилителей напряжения на высоких частотах, и некоторые компоненты внутренней стабильности отсутствуют, чтобы обеспечить более широкие возможности полосы пропускания.

— Энди ака

6

Это стандартная конфигурация для работы с емкостной нагрузкой, такой как длинные кабели (внутри стандартной конфигурации с потребляемым током).

Назначение R1 / R2 / C1 состоит в том, чтобы отделить выход операционного усилителя от емкостной нагрузки, представленной емкостью затвора / источника MOSFET, последовательно с R3 .

Нет необходимости, если R3 значительно больше по сравнению с выходным сопротивлением разомкнутого контура операционного усилителя (от 8 до 70 Ом для обычных обычных операционных усилителей ** с токами питания в диапазоне ~ 1 мА на усилитель) или у MOSFET низкая входная емкость, или если операционный усилитель предназначен для работы с большой или неограниченной емкостной нагрузкой (если выполняется любое из этих трех условий).

R1 изолирует нагрузку, в то время как C1 / R2 обеспечивает второй путь обратной связи (он же «внутриконтурная компенсация»). Если у вас есть R1, вы должны иметь C1 / R2. Один R1 только ухудшает ситуацию.

** Вы должны быть очень осторожны с операционными усилителями малой мощности, которые часто рекомендуют изолировать емкостные нагрузки, превышающие только 100 пФ.

$\Omega$

Edit ': относительно выбора значений для данной ситуации, смотрите эту ссылку. Значение R2 должно быть таким, чтобы оно было намного выше, чем значение R3, и не настолько низким, чтобы неоправданно вызывать смещение или другие плохие эффекты. Скажем, в диапазоне 1K-10K обычно, но он может быть выше или ниже для очень низкой мощности или высоких частот соответственно.

Так что выберите значение для C1. Минимальное значение R2:

$R_2 (min) = C_L \frac{R_O + R_1}{C_1}$

Таким образом, если емкость нагрузки составляет 10 нФ, включая эффект Миллера, R1 составляет 100 Ом, RO составляет 100 Ом, а C1 составляет 100 нФ, тогда R2 (мин) = 20 Ом. Таким образом, схема, как показано (если мои предположения разумны), чрезмерно компенсирована и будет реагировать гораздо медленнее, чем необходимо.

Если мы выберем C1 = 100pF, то R2 = 10K. Или вы можете использовать 1nF и 1K.

— Спехро Пефхани
источник

1

Это не результат моделирования, а измерение в реальном мире. Я использовал свой прицел RIGOL, чтобы захватить это. Я использовал LTspice только для того, чтобы нарисовать упрощенную схему, которую я использовал в макете.

— G36

Хорошо, что касается выбора значения для R2 (что было вопросом), я думаю, вы хотите, чтобы полное сопротивление C1 было намного меньше, чем R2 на любой частоте, на которой будет колебаться цепь .... но я не уверен , Я почти всегда просто использую 10 кОм, как показано выше.

— Джордж Херольд

@GeorgeHerold Добавлена ссылка (которая не совсем охватывает эту конфигурацию) и расчет. Если я не хочу рассчитывать его, я часто использую 1 кОм / 1 нФ / 100 Ом с операционными усилителями с низким энергопотреблением.

— Спехро Пефхани

0

Конденсатор в этой цепи предотвращает скачок тока при включении цепи. Когда цепь выключена, она полностью разряжена, и при ее включении выход будет VC, а ток будет либо выключен, либо ниже заданного значения. Отрицательный вывод операционного усилителя будет подключен к выходу операционного усилителя. Выход будет увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнуто целевое значение.

Если он отсутствует, отрицательный вывод операционного усилителя будет на земле, в то время как выход операционного усилителя увеличится до напряжения, превышающего целевое, так как он выводит емкость затвора через 100 Ом и, возможно, может насыщаться. Когда FET включается, может произойти перерегулирование, поскольку операционный усилитель восстанавливается после насыщения.

— Джон Биркхед
источник

0

Хорошо, это является нечетной цепью. Не обязательно плохо.

Имейте в виду, что выход операционного усилителя имеет малую сигнальную землю, и вы увидите, что R2 и C1 образуют фильтр низких частот. R1, действующий против транзисторного затвора, также действует как фильтр.

C1 также вводит изменения на выходе операционного усилителя обратно в инвертирующий вход и, таким образом, ускоряет его реакцию на ступенчатые изменения на входе управления. Это приводит к замедлению отклика выхода операционного усилителя.

Оптимизация схемы будет зависеть среди прочего от входного сопротивления операционного усилителя.

Интересно, это все объединяется, чтобы позволить эта схема должна быть оптимизирована для динамических изменений в нагрузке и опорного сигнала некоторые, что независимо друг от друга.

— заполнитель
источник

Ваш третий абзац совершенно неверен. C1 замедляет ответ операционного усилителя.

— Олин Латроп

@OlinLathrop спасибо, я понимаю, почему это так читается, я приведу в порядок язык.

— заполнитель

Это все еще не правильно. C1 не ускоряет реакцию операционного усилителя на управляющие шаги ввода, а замедляет их. С1 - классический компенсационный конденсатор . Его цель - сохранить стабильность операционного усилителя. Это существенно добавляет некоторый выход dV / dt к отрицательному входу. Когда операционный усилитель начинает быстро двигаться вверх, это значение dV / dt немного увеличивает отрицательный входной сигнал, что менее сильно приводит в движение операционный усилитель в направлении его движения.

— Олин Латроп

@OlinLathrop нигде не говорится, что операционный усилитель ускорен, и при этом это первоначально не говорило это, но это был шерстистый язык. Действительно, в отредактированной версии явно говорится, что вывод замедлен.

— заполнитель

Часть, на которую я возражаю, это «и, таким образом, ускоряет реакцию на изменения шагов» . Это неверно. Это не такая вещь.

— Олин Латроп