Увеличение диапазона напряжения податливости для схемы с двумя выводами постоянного тока

Следующее предназначено для увлеченной работы, и у меня нет коммерческих намерений вообще. Только горстка (два?) Будет построена. (Я использую их для частичного тестирования и генерации кривой, хотя при более высоком соответствии напряжения я могу найти еще больше применений, чем раньше.)

У меня есть следующая схема драйвера вывода, которая обеспечивает до выходного напряжения соответствия при подаче к нагрузке, подключенной между выходом драйвера вывода и заземлением , (Большие рельсы плюс и минус около , с рельсами в .) $\pm 50\:\textrm{V}$ $\pm 10\:\textrm{mA}$ $\pm 60\:\textrm{V}$ $\pm 15\:\textrm{V}$

схематический

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

Скорость нарастания на выходе для вышеуказанной схемы обычно не превышает или . (Я управляю вводом со скоростью порядка не более , от пика до пика и часто медленнее, чем это.) $20\:\frac{\textrm{A}}{\textrm{s}}$ $100\:\frac{\textrm{mV}}{\mu\textrm{s}}$ $1\:\textrm{ms}$

Я хотел бы увеличить напряжения соответствия до и уменьшить текущие возможности накопителя до до, возможно, . (Скорость напряжения увеличивается до и это тоже может вызывать беспокойство.) $\pm 800\:\textrm{V}$ $\pm 500\:\mu\textrm{A}$ $\pm 1\:\textrm{mA}$ $1.6\:\frac{\textrm{V}}{\mu\textrm{s}}$

Получение парных высоковольтных питания не проблема. Но я был в состоянии поднять через как части на один и те же кубики (BCM846S и т.д.) Я хотел бы, чтобы сопрягать (и , возможно , даже .) Но теперь вырос "много", и та же топология не сработает, так как я не думаю, что есть какие-либо пары BJT с подобным . На самом деле, я не уверен ни в каком дискретном PNP BJT, который приближается к тому, что я хотел бы видеть. (Возможно, NPN. Но PNP?) $\pm 850\:\textrm{V}$ $Q_1$ $Q_4$ $V_{BE}$ $\beta$ $V_{CEO}$ $V_{CEO}$

Я могу представить себе установку еще одной пары рельсов напряжения (близко к рельсам высокого напряжения, но, возможно, на ближе к земле) и использование каскадной конструкции (с использованием еще четырех BJT) для защиты высоких и пары пар зеркал с низкой стороны. Это добавленное напряжение питания не должно обрабатывать более или около того, так что может быть не так уж сложно построить его из новых высоковольтных шин. Но если есть другие / лучшие мысли о топологии, я бы хотел их услышать. $40\:\textrm{V}$ $10\:\mu\textrm{A}$

Вот что я имею в виду:

схематический

^{смоделировать эту схему}

Есть ли проблема, о которой я не подумал, или я могу сделать лучше? У кого-нибудь есть предложение какого-либо процесса со стороны какого-либо FAB для дискретных BJT, которые я мог бы рассмотреть здесь для кодов?

Я также знаю, что столкнусь с совершенно другими проблемами, связанными с зазорами и утечками, с которыми мне не приходилось сталкиваться здесь раньше. Это другая тема, о которой я расскажу отдельно и позже. Прямо сейчас я сосредоточен на том, как добиться значительно более высокого напряжения, которого я хотел бы достичь.

Просто для ясности, в случае, если это не очевидно, схема представляет собой источник тока, управляемый напряжением постоянного тока (VCCS), который либо поглощает, либо подводит ток к заземленной нагрузке. (Одно из применений было для трассировки полупроводниковой кривой.) Входное напряжение приведет к источнику в заземленной нагрузке. Входное напряжение будет от заземленной нагрузки. Волна треугольника напряжения, плавно колеблющаяся между и , генерирует текущую волну треугольника в нагрузку, плавно колеблющуюся от до $-10\:\textrm{V}$ $500\:\mu\textrm{A}$ $+10\:\textrm{V}$ $500\:\mu\textrm{A}$ $-10\:\textrm{V}$ $+10\:\textrm{V}$ $+500\:\mu\textrm{A}$ $-500\:\mu\textrm{A}$ (была ли эта нагрузка диодной или резисторной.) И соответствие напряжения должно поддерживать выполнение всего вышеперечисленного с резистором в качестве нагрузки. Иногда он будет работать с пилообразной или треугольной волной в качестве входа. Я также могу управлять им с и на управляющем входе (или даже с и на входе.) Поведение должно быть монотонным. Максимальная частота, которую я использую, составляет , но я могу пожертвовать коэффициентом 10 в этой точке, если это необходимо. $1.5\:\textrm{M}\Omega$ $-1\:\textrm{V}$ $+1\:\textrm{V}$ $-100\:\textrm{mV}$ $+100\:\textrm{mV}$ $1\:\textrm{kHz}$

Вышеуказанные схемы также хороши для другой цели. Если я (заменяя его на ) и использую инвертирующий вход операционного усилителя в качестве узла, в который я могу или ток, и если я также затем помещаю известный прецизионный резистор с выхода на землю , то биполярное напряжение на выходе будет зависеть от биполярного тока на землю. $0\:\Omega$ $R_8$

На самом деле это довольно универсальный модуль.

bjt high-voltage current-source

— Йонк
источник

Что должен делать операционный усилитель?

— Даниил

Это должно выключить стадию противоположной полярности с силовыми рельсами ??

— Даниил

@Daniel Операционный усилитель либо потребляет, либо подает ток в нагрузку, подключенную к выходу. При этом он должен либо потреблять, либо потреблять ток с питающих шин. Мой ответ здесь показывает другое такое «безумное» применение идеи: electronics.stackexchange.com/questions/256955/…

— jonk

@Daniel Если все еще неясно, просто обратите внимание, что операционный усилитель либо дифференциально базовый узел , либо дифференциально базовый узел или ток через . Потянув верхний узел вниз или потянув нижний узел вверх, ток, генерируемый , удаляется из инвертирующего узла, и ток подается на нагрузку. Резисторы позволяют мне настраивать детали. через имеет важное значение в обеспечении железнодорожных токов ОУ.

Q_{1} + Q_{3}

$Q_1+Q_3$

Q_{2} + Q_{4}

$Q_2+Q_4$

R_{7}

$R_7$

R_{8}

$R_8$

Q_{5}

$Q_5$

Q_{8}

$Q_8$

— Джон

круто ... вы зеркально отражаете ток на входной стороне, а операционный усилитель регулирует его, вытягивая ток из промежуточной шины на верхней или нижней стороне по мере необходимости ... выходные транзисторы (а также те, что на входная сторона) функционируют как резисторы высокого значения ... 800 В / 500 мкА = ~ 1,6 мОм. У меня нет правильного фона для этого, но это поразило бы меня как один элемент, который становится (чуть-чуть) крайним. Если ваша нагрузка составляет 1,5 м, то я думаю, вы в порядке? транзисторы с высоким импедансом превращают паразитные токи, если таковые вообще возникали, в довольно большие напряжения? это имеет значение?

— пользователь

Ответы:

Так как нет наплыва ответов:

Насколько чувствительно ваше приложение к пульсации (~ амплитуда, вы уже упомянули пропускную способность)?

У меня постепенно возникает ощущение, что вам, возможно, просто нужно иметь переключающий транзистор с ШИМ-управлением с верхней стороны на другой переключающий транзистор с ШИМ-управлением на нижней стороне, добавить чувствительный резистор тока в диапазоне 3 кОм в узле между этими двумя, за которым следует низкий уровень. -проходить фильтр, и вывести свой DUT из этого.

схематический

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

Теперь вы будете управлять этими переключателями на основе положения импульса, когда ток через Rmeas пересекает полный 1 мА (как это видно из D2). Калибровка может (хорошо, будет) необходима, но при условии, что при частоте переключения, возможно, 50 кГц, вполне достаточно для этого приложения (и это уже не так просто, учитывая, что вам нужно управлять затворами или основаниями высоких - и переключение нижнего уровня с такой скоростью), современные микроконтроллеры справятся с этой задачей. Я уверен, что вы сможете придумать аналоговый дизайн, который может быть более умным, чем мой предложенный программный (хотя выполнение этого в программном обеспечении, несмотря на проблемы с квантованием, определенно облегчит включение данных калибровки).

Я поставил Rectifier * звездочку, потому что это не совсем то, что я действительно рекомендую использовать здесь диодный мостовой выпрямитель PN - это не сработает, так как токи диодов, вероятно, будут больше, чем измерительные токи. Прецизионный выпрямитель на основе операционного усилителя на плавающем источнике питания может быть решением (и может быть построен экономически выгодно за счет красивого дизайна с батареей ...). В любом случае, вся схема выпрямителя - оптрона - стабилитрона - это всего лишь 1-разрядный АЦП, игнорирующий знак; оконный компаратор или даже надлежащая ИС амперметра с, например, цифровой оптической линией связи с управляющим микроконтроллером, вероятно, будет лучше.

Очевидно, что одноступенчатый LPF RC (1.6kΩ ł 100nF) - это просто быстрый и грязный подход; тем не менее, он демонстрирует ослабление по величине -36 дБ при моей частоте переключения 50 кГц (и я предположил, что этого достаточно для вас), в то же время полагаясь на значение конденсатора, которое все еще доступно в качестве пленочного конденсатора для> 1 кВ с допуском 5%.

Моя мотивация для этого заключается в том, что, вероятно, легче обращаться к переключающим транзисторам достаточно точно по времени, чем управлять транзисторами достаточно линейно при имеющихся напряжениях.

— Маркус Мюллер
источник

Это поведенческий. Моя схема актуальна. Превратить вашу схему из концепции в реальность ... это другое дело. Не говоря уже о том, что я использую свою схему для линейных разверток, и вместо этого у меня вместо этого будет ШИМ. С возможностью вращения 1600 В за одну миллисекунду я могу только представить требуемую частоту как "высокую", чтобы получить то, что я хочу. Я хотел бы знать , что вы себе представить , как эти переключатели ... если МОП - транзисторы, я вижу огромные перепады напряжения на затвор через большие емкости на высокой скорости , и что отпугивает пустой из меня.

— 17

И учитывать нагрузки могут быть любые странные устройства, которые я хочу подмести. Это означает большие конденсаторы (фиксированные токи или переменные, при мониторинге напряжения) или катушки индуктивности (начиная с нуля и линейного изменения с определенной скоростью, при мониторинге напряжения.) Кроме того, я могу использовать свою схему наоборот, закорачивая R8, как упомянуто, и используя этот узел как точка заземления для тока утечки, с выходом, отвечающим соответственно с нагрузкой, которую я помещаю туда. Это удивительно универсальная схема. То, что вы предлагаете, кажется гораздо более ограниченным и менее универсальным. Предполагая, что я смогу проработать детали того, как я на самом деле это делаю.

— 17

Две вещи: 1. Да, это очень абстрактно. Если во мне когда-либо и была разумная доля самооценки, это говорит мне, что я не должен быть тем, кто предлагает реальные аналоговые схемы вам из всех людей - у вас есть легкий опыт в 40 дБ. Затем: 2. Эта частота переключения и текущий наклон ограничены. Это то, где я немного уверен в том, что знаю - если выходной сигнал ограничен по полосе, скорость, с которой нам нужно генерировать текущие выборки, ограничена. Найквист твой друг! Вопрос о том, какой динамический диапазон вам нужен, устанавливает нижнюю границу для ...

— Маркус Мюллер,

... как хорошо вам нужно разделить период выборки на "слоты" pwm. И это в терминах просто частота, на которой должен работать блок ШИМ, а транзистор должен переключаться в крайнем случае. Теперь, я согласен, частота переключения MOSFET в паре МГц при этих напряжениях сток-исток не сработает. Тем не менее, верхний диапазон кГц с CMOS звучит

— Маркус Мюллер,

У меня в руке птица, так сказать. Я почти уверен, что небольшая модификация каскода будет работать для моих нужд, но, конечно, я волнуюсь, что, возможно, пропустил некоторые важные детали. Он работает как сток тока на входе, давая напряжение на выходе; или как напряжение на входе, управляющее током на выходе. Или любой комбо. Я могу добавить известный резистор на входе или нет. Я могу добавить известный резистор на выходе, или нет. Таким образом, я -> I, I -> V, V -> I или V -> V. Я использую его в качестве схемы драйвера выводов, которую я также могу комбинировать для создания серьезного драйвера выводов.

— jonk

Ваша схема выглядит хорошо. HJ pnp BJT будет трудно найти. Я использую типы 600 В для других работ, они дешевы, просты в поиске и надежны. Вы можете подключить их последовательно. Я подключил до 4 из них последовательно без каких-либо проблемы. В противном случае вы могли бы перейти на полностью NPN-дизайн, например, основанный на SRPP. Я использовал дешевые канальные мошфеты 800 VN 2 серии на мостовую опору, чтобы получить +/- 500 VDC при 1 Ma.

— аутистический
источник