op amp + MOSFET = sumber saat ini. Mengapa kita membutuhkan resistor umpan balik?

11

Resistor umpan balik diperlukan untuk mengkompensasi kesalahan arus input? Bagaimana memilih resistance R2.

Sumber sirkuit

masukkan deskripsi gambar di sini

Resistor R2.

Dapatkah saya menggunakan sirkuit ini, op-amp dengan rentang tegangan input diferensial = +/- 0,6V? Saya tidak yakin. Saya pikir tidak

AndreyB
sumber
Diskusi yang sangat lengkap tentang jenis pasokan arus linier ini diposting di forum lain .
user2943160

Jawaban:

17

R2 (10k R4 dalam diagram saya) ada untuk membentuk bersama dengan C1 (kapasitor 1nF) Integrator Miller untuk mencegah osilasi yang tidak diinginkan. Dan ya, sirkuit ini kadang-kadang akan terombang-ambing, terutama karena desain PCB / papan tempat memotong roti yang buruk. Dan di sini Anda memiliki contoh dunia nyata (papan tempat memotong roti).

Tanpa kapasitansi Miller: diagram sirkuit dan jejak yang menunjukkan osilasi

Dan setelah saya menambahkan kapasitansi Miller ke sirkuit: Diagram dan jejak sirkuit, kali ini menampilkan output datar

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

EDIT

Hari ini saya menguji sirkuit ini lagi. Dan hasilnya adalah: Untuk RG = 0 Ohm ; RF = 10k Ohm tanpa rangkaian kapasitansi Miller berosilasi (I_load dari 1mA ke 1A).

masukkan deskripsi gambar di sini

Tapi kejutan kejutan Jika saya pendek RF (10K) resistor osilasi menghilang secara ajaib (bahkan jika RG = 1K ohm).

masukkan deskripsi gambar di sini

Jadi, sepertinya penyebab utama osilasi di sirkuit saya adalah resistor umpan balik. Saya menduga bahwa RF bersama-sama dengan kapasitansi input opamp dan beberapa kapasitansi parasit menambahkan kutub (lag) ke sirkuit dan sirkuit mulai berosilasi.
Saya bahkan mengubah opamp menjadi "jauh lebih cepat" (TL071). Dan hasilnya hampir sama kecuali fakta bahwa frekuensi osilasi jauh lebih tinggi (713kHz).

masukkan deskripsi gambar di sini

G36
sumber
1
Jika Anda mengurangi R2 (gerbang resistor) menjadi kurang dari sepuluh ohm, apakah itu akan berosilasi? Sudahkah Anda mempertimbangkan bahwa menggunakan resistor gerbang menyebabkan masalah yang kemudian harus Anda selesaikan menggunakan resistor dan kapasitor tambahan? Juga, bagaimana bentuk R2 dengan kapasitor miller C1 - C1 adalah decoupling pasokan sesuai dengan gambar Anda.
Andy alias
@Andy alias Besok di malam hari saya akan mencoba mencari waktu dan saya mencoba memeriksanya. Saya mengacu pada sirkuit AndreyB.
G36
@ G36, Dapatkah saya menggunakan sirkuit ini, op-amp dengan rentang tegangan input diferensial = +/- 0,6V? Saya tidak yakin. Saya pikir tidak.
AndreyB
@AndreyB tidak ada sirkuit ini tidak akan bekerja dengan "rentang tegangan input diferensial".
G36
@Andy alias Untuk RG = 0; RF = 10k ohm sirkuit akan bertulang. Tetapi tidak ada osculations jika RG = 0ohms atau 1K tetapi RF = 0 ohm. Saya mencoba RF 1K dan 10K dan dalam kedua kasus ini sirkuitnya salah tingkah.
G36
8

Anda tidak memerlukan resistor umpan balik dan Anda juga tidak perlu C1. Saya kira "desainer" memiliki beberapa persepsi aneh bahwa rangkaian akan berosilasi tanpa mereka tetapi tidak akan.

  • Osilasi akan terjadi jika Q1 memberikan penguatan - itu tidak akan terjadi karena ia adalah pengikut sumber.
  • Osilasi akan terjadi jika Q1 menghasilkan pergeseran fasa yang signifikan dan ini lebih merupakan kemungkinan tetapi masih tidak mungkin jika R1 (gate resistor) dijaga nilainya tetap rendah.

Bahkan, karena kehadiran R3, R1 kemungkinan berlebihan untuk persyaratan.

Berikut ini contoh rangkaian dari Perangkat Analog: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya tidak melihat dua resistor dan kapasitor dalam skema ini. Jika Anda menggunakan op-amp yang buruk untuk aplikasi ini (karena tegangan offset masukan menyebabkan ketidaktepatan dalam arus) seperti LM358 maka Anda harus mempertimbangkan menggunakan transistor bipolar seperti yang ditunjukkan pada lembar data pada halaman 18: -

masukkan deskripsi gambar di sini

Namun, saya percaya ini akan bekerja dengan MOSFET asalkan Anda tidak menggunakan resistor gerbang (atau yang sangat kecil). Ada banyak contoh LM358 yang digunakan dengan MOSFET tanpa semua "ekstra": -

masukkan deskripsi gambar di sini

Andy alias
sumber
2
Saya setuju R1 berlebihan, tetapi C1 diperlukan ketika opamp tidak unity gain stabil. Itu akan menjadi pilihan yang aneh di sini karena digunakan dalam konfigurasi unity gain, tetapi itu bisa terjadi ketika Anda menggunakan amp yang tidak digunakan dalam sebuah paket. Setelah Anda memutuskan C1 diperlukan, Anda perlu R2 agar bekerja melawan karena R3 kemungkinan resistensi yang sangat rendah.
Olin Lathrop
@OlinLathrop poin bagus
Andy alias
@Olin Lathrop, tolong jelaskan lebih lanjut.
AndreyB
2
@AndreyB Olin mengacu pada op-amp yang tidak gain stabil. Sebagian besar op-amp tentu saja tetapi (mungkin) 1% dirancang khusus untuk menjadi penguat tegangan pada frekuensi tinggi dan komponen stabilitas internal tertentu tidak hadir untuk memberikan kemungkinan bandwidth yang lebih luas.
Andy alias
6

Ini adalah konfigurasi standar untuk menangani beban kapasitif seperti kabel panjang (di dalam konfigurasi wastafel arus standar).

Tujuan dari R1 / R2 / C1 adalah untuk memisahkan keluaran op-amp dari beban kapasitif yang disajikan oleh gerbang MOSFET / kapasitansi sumber secara seri dengan R3 .

Tidak perlu jika R3 secara signifikan besar dibandingkan dengan impedansi keluaran loop terbuka op-amp (antara 8-70 ohm untuk op-amp biasa ** dengan arus pasokan dalam kisaran ~ 1mA per amplifier) ​​atau MOSFET memiliki kapasitansi input rendah, atau jika op-amp dirancang untuk bekerja dengan beban kapasitif yang besar atau tidak terbatas (jika salah satu dari ketiga kondisi itu benar).

R1 mengisolasi beban, sementara C1 / R2 menyediakan jalur umpan balik kedua (alias "kompensasi in-loop"). Jika Anda memiliki R1, Anda harus memiliki C1 / R2. R1 saja membuat situasinya lebih buruk.

** Anda harus sangat berhati-hati dengan op-amp daya rendah, yang sering merekomendasikan mengisolasi muatan kapasitif lebih dari 100pF saja.

Ω

Sunting ': Mengenai memilih nilai untuk situasi tertentu, lihat referensi ini . R2 harus berupa nilai yang jauh lebih tinggi dari R3 dan tidak terlalu rendah sehingga terlalu menyebabkan offset atau efek buruk lainnya. Katakan dalam kisaran 1K-10K secara normal, tetapi bisa lebih tinggi atau lebih rendah untuk daya yang sangat rendah atau frekuensi tinggi masing-masing.

Jadi pilih nilai untuk C1. Nilai minimum R2 adalah:

R2(msayan)=CL.RHAI+R1C1

Jadi jika kapasitansi beban 10nF termasuk efek Miller, R1 adalah 100 ohm, RO adalah 100 ohm, dan C1 adalah 100nF kemudian R2 (min) = 20 ohm. Jadi sirkuit seperti yang ditunjukkan (jika asumsi saya masuk akal) terlalu dikompensasi dan akan merespon lebih lamban daripada yang diperlukan.

Jika kita memilih C1 = 100pF maka R2 = 10K. Atau Anda bisa menggunakan 1nF dan 1K.

Spehro Pefhany
sumber
1
Ini bukan hasil simulasi tetapi pengukuran dunia nyata. Saya menggunakan lingkup RIGOL saya untuk menangkap ini. Saya hanya menggunakan LTspice untuk menggambar skema sederhana setup yang saya gunakan di papan tempat memotong roti.
G36
Bagus, Sejauh memilih nilai untuk R2 (yang merupakan pertanyaan) Saya pikir Anda ingin impedansi C1 menjadi jauh lebih sedikit daripada R2 pada frekuensi berapapun sirkuit akan berosilasi pada .... tapi saya tidak yakin . Saya hampir selalu hanya menggunakan 10k ohm seperti yang ditunjukkan di atas.
George Herold
@ GeorgeHerold A referensi ditambahkan (yang tidak cukup menutupi konfigurasi ini) dan perhitungan. Jika saya tidak ingin menghitungnya, saya akan sering menggunakan 1K / 1nF / 100 ohm dengan op-amp daya rendah.
Spehro Pefhany
0

Kapasitor di sirkuit ini mencegah lonjakan arus saat sirkuit menyala. Ketika sirkuit dimatikan, itu sepenuhnya habis, dan ketika dihidupkan output akan VC dan arus akan mati atau lebih rendah dari target. Terminal negatif dari op amp akan didorong ke atas dengan keluaran op amp. Output kemudian akan naik sampai nilai target tercapai.

Jika tidak ada, terminal negatif op amp akan berada di ground sementara output op amp meningkat ke tegangan yang lebih tinggi dari target karena drive kapasitansi gerbang melalui 100 ohm dan mungkin jenuh. Ketika FET menyala, overshoot dapat terjadi saat op amp pulih dari saturasi.

John Birckhead
sumber
0

Yah, itu adalah sebuah sirkuit aneh. Belum tentu buruk.

Perlu diingat bahwa output op-amp adalah ground sinyal kecil dan Anda akan melihat bahwa R2 & C1 membentuk filter low pass. R1 yang bekerja melawan gerbang transistor juga bertindak sebagai sedikit filter juga.

C1 juga menyuntikkan perubahan pada output op-amp kembali ke input pembalik dan dengan demikian mempercepat responsnya untuk melangkah perubahan pada input kontrol. Ini berdampak memperlambat respons op-amp output.

Optimalisasi rangkaian akan tergantung antara lain, impedansi input op-amp.

Menariknya, ini semua digabungkan untuk memungkinkan rangkaian ini dioptimalkan untuk perubahan dinamis pada beban dan dalam referensi input, apa saja secara independen.

placeholder
sumber
Paragraf ketiga Anda sepenuhnya salah. C1 memperlambat respons opamp.
Olin Lathrop
@ OlinLathrop terima kasih, saya bisa melihat mengapa bunyinya seperti itu, saya akan membersihkan bahasa.
placeholder
Ini masih tidak benar. C1 tidak mempercepat respons opamp untuk mengontrol langkah-langkah input, itu memperlambatnya. C1 adalah kapasitor kompensasi klasik . Tujuannya adalah untuk menjaga opamp stabil. Ini pada dasarnya menambahkan beberapa output dV / dt ke input negatif. Ketika opamp mulai bergerak ke atas dengan cepat, dV / dt ini sedikit meningkatkan input negatif, yang membuat opamp kurang keras ke arah yang dituju.
Olin Lathrop
@ OlinLathrop tidak mengatakan bahwa op-amp dipercepat, juga tidak pada awalnya mengatakan itu, tapi itu bahasa yang kasar. Memang dalam versi yang diedit secara eksplisit mengatakan bahwa output melambat.
placeholder
Bagian yang saya keberatan adalah "dan dengan demikian mempercepat responsnya terhadap perubahan langkah" . Itu salah. Tidak ada yang seperti itu.
Olin Lathrop