Mengapa opamp ini tidak berfungsi dengan benar?

8

Saya sedang mengerjakan sumber arus yang bisa disesuaikan. Dalam waktu yang singkat, berbagai sirkuit dibahas:

sumber arus disesuaikan sederhana untuk string LED

... tetapi karena saya telah memilih satu opsi, dan itu tidak berfungsi dengan benar, saya memulai utas baru untuk fokus pada teka-teki saya.

Inilah sirkuitnya:

masukkan deskripsi gambar di sini

Pembagi resistor (resistor 30K dan potensiometer) memberikan tegangan referensi pada 'set' (sapuan DC dari v1 hanya memutar poros pot). Opamp harus 'gerbang' servo sehingga 'rasa' sama dengan 'set', dan dengan demikian arus (dalam miliamps) menarik melalui beban 'Rload' sama dengan tegangan 'set' (dalam milivolt). Sederhana seperti itu.

Pasokan 12v yang mendukung rangkaian 'set' dan opamp adalah 7812 yang dimatikan dari pasokan 24v. Dan MOSFET sebenarnya adalah FQP10N20C (daya yang cukup vanilla nfet).

Saya telah disimulasikan dengan LTspice dan berperilaku seperti yang saya harapkan. Tetapi di papan tempat memotong roti, saat 'set' meningkat dari 0 menjadi sekitar 400mV, 'sense' trek 'set' semakin kurang baik. Pada satu titik saya melihat 257mV pada 'set' tetapi hanya 226mV pada 'sense'; jadi hanya 226mA yang mengalir melalui Rload dan R1. 'Gerbang' di 3,53V dan 'turun' di 11,7V. Jika seseorang hanya memeriksa opamp dalam isolasi, tampaknya 'gerbang' harus didorong lebih tinggi (sampai, mungkin, pada titik tertentu aliran arus yang cukup 'pengertian' sama dengan 257mV).

Opamp dimaksudkan untuk digunakan dengan pasokan tunggal, dan harus dengan mudah dapat mendorong output di atas 3,53V (dengan tegangan suplai 12V). Gerbang FET seharusnya tidak menenggelamkan arus apa pun (diverifikasi dengan meter).

Saya bingung.

Datasheet untuk opamp (LT1006)

RustyShackleford
sumber
Apakah Anda memiliki plot lingkup (atau pengukuran ac di input opamp atau gerbang FET)? Mungkin saja ada osilasi level rendah karena kapasitansi gerbang.
Peter Smith
Sebagai langkah keamanan terhadap osilasi yang disebutkan oleh @PeterSmith coba masukkan resistor secara seri dengan gerbang. Coba nilai antara 100Ohm-1kOhm.
Lorenzo Donati - Codidact.org
Omong-omong, saya memeriksa datasheet FDP18N50: tegangan ambang Vgs-nya adalah antara 3V dan 5V, apalagi LT1006 bukan opamp rail-to-rail-output, jadi outputnya tidak dapat mencapai rail positif, yaitu 6V (datasheet-nya mengklaim tentang 4.4V maks saat dihidupkan pada 5V), sehingga Anda dapat mengharapkan maks sekitar 5.5V pada output, mungkin tidak cukup untuk mendorong MOSFET cukup keras jika Anda memiliki spesimen dengan Vgs (th) dekat 5V. Cobalah untuk menambah pasokan opamp dan lihat apakah itu menjadi lebih baik, atau coba dengan MOSFET dengan Vgs maksimum yang lebih rendah (th).
Lorenzo Donati - Codidact.org
Melihat skema LT1006 dalam datasheet (saya seorang perancang IC, saya suka skema ini :-)) Saya pikir lebih suka memiliki beban resistif ke ground pada output. Saya sarankan untuk menghubungkan resistor 1 kohm antara keluaran dan tanah opamp, yang mungkin membantu menjaga output pada tegangan yang tepat. Mungkin model simulasi tidak memasukkan efek ini sehingga resistor tidak diperlukan.
Bimpelrekkie
1
Dari komentar oleh @FakeMoustache, model simulasi LT (seperti juga semua produsen) adalah kompromi, tetapi LT telah mendokumentasikan apa komprominya: linear.com/docs/4139
Peter Smith

Jawaban:

3

Masalahnya jelas bahwa ada semacam osilasi pada keluaran dari opamp. Menempatkan kapasitor 10uF pada node 'gate' sedikit banyak memperbaiki masalah, tetapi menempatkan resistor 1K antara output opamp dan gerbang fet tidak banyak membantu. Saya sekarang melihat tidak lebih dari sekitar 7mv perbedaan antara 'sense' dan 'set', pada seluruh rentang penyesuaian saat ini (sekarang 0 hingga 300mA) dan tegangan (diperlukan untuk menggerakkan arus melalui beban) antara sekitar 3 dan 23v .

RustyShackleford
sumber
Dengan menambahkan 10uF besar (!) Pada output dari opamp Anda telah meningkatkan margin fasa yang menghentikan osilasi.
le_top
2

Saya hanya melihat pertanyaan ini sekarang, dan jawaban Anda bahwa opamp berosilasi. Itu adalah tebakan pertama saya dari skema dan gejalanya.

Namun, saya tidak suka cara Anda memperbaikinya. Cukup memuat keluaran opamp dengan banyak kapasitansi dapat berfungsi sekarang dalam kasus ini pada suhu ini, dengan fase bulan ini. Ini mungkin tidak bekerja dengan opamp model yang sama dari batch yang berbeda atau beberapa batch masa depan.

Solusi yang lebih baik adalah dengan meletakkan sedikit perlawanan di jalur umpan balik, antara bagian atas resistor indera saat ini dan input opamp negatif. Kemudian tambahkan kapasitor kompensasi kecil langsung dari keluaran opamp ke input negatif. Tutupnya memberikan umpan balik AC negatif segera untuk menjaga amp stabil. Resistor meningkatkan impedansi sinyal sehingga tutup dapat memiliki efek tanpa harus terlalu besar untuk pertimbangan lain. Coba 1 kΩ dan mungkin 100 pF. Anda dapat menggunakan kapasitor yang lebih besar jika waktu respons tidak perlu cepat dan Anda ingin berbuat salah di sisi stabilitas yang lebih.

Ditambahkan

Saya belum melihat lembar data dari opamp sebelumnya, dan hanya menjawab untuk opamp biasa. LT1006 dioptimalkan untuk tegangan offset sangat rendah dan daya rendah. Itu berarti kompromi dilakukan di bidang lain. Salah satunya adalah stabilitas. Datasheet memang menunjukkan amp yang digunakan sebagai pengikut tegangan gain-gain, jadi rupanya unity-gain stable.

Namun, perhatikan baik-baik skema aplikasi pada halaman 11. Perhatikan bagaimana seseorang memiliki seri 1 kΩ dengan kapasitor kompensasi 680 nF, dan 2 kΩ lainnya dengan kompensasi 330 nF. Ini berarti dugaan saya di atas 1 kΩ dan 100 pF terlalu sedikit. Coba kombinasi lebih seperti apa yang mereka gunakan. Karena Anda sudah mendapatkan hambatan seri 1 kΩ, coba 1 µF langsung antara output opamp dan input negatif.

Hal lain yang perlu Anda lakukan adalah benar-benar melihat sinyal dari waktu ke waktu, bukan tegangan rata-rata. Letakkan cakupan di atasnya dan lihat apa yang sebenarnya terjadi.

Olin Lathrop
sumber
Ya, bahkan perbedaan 7mv memberitahu saya ada sesuatu yang salah. Saya mengganti kawat dari R1 ke input negatif opamp dengan resistor 1 kΩ, dan menambahkan tutup 1000pf antara output dan input negatif dari opamp. Tapi, tanpa kapasitor pada keluaran opamp, saya melihat perbedaan hingga 20mv (antara input opamp); dengan tutup itu, komponen add'l (1 kΩ dan 1000pf) tidak mengurangi perbedaan (meskipun tentu saja mereka dapat membuat sirkuit lebih kuat, seperti yang Anda sarankan).
RustyShackleford
Beberapa pengamatan aneh ... Jika saya menghubungkan rangkaian ke aplikasinya - serangkaian rangkaian LED, alih-alih pot 50 been yang telah saya uji dengan - perbedaan antara input opamp menjadi 0. Ini dengan semua 3 komponen (disebutkan dalam komentar sebelumnya). Tetapi jika saya menghapus tutup pada keluaran opamp, semuanya menjadi gila: output opamp pergi ke 5 + v, dan arus naik ke 700-800mA (dan dengan demikian input opamp negatif ke 700mv, meskipun input positif adalah 200mv atau lebih). Beberapa perilaku yang sangat tidak stabil yang perlu saya perhatikan; Satu hal yang pasti: itu sangat tidak bahagia tanpa redaman.
RustyShackleford
Terima kasih atas info tambahannya, @Olin. Salah satu aplikasi mereka (pada halaman yang sama) juga memiliki filter low-pass RC sederhana pada keluaran opamp. Saya mencobanya tadi malam dan sepertinya berhasil dengan cukup baik.
RustyShackleford
Saya perlu mencoba untuk memilih opamp yang lebih cocok. Saya terutama mencari satu yang memungkinkan persediaan tunggal.
RustyShackleford
Saya ingin tahu apakah ada cara yang baik untuk memodelkan ketidakstabilan ini di LTspice? Saya memiliki model LT1006 yang sebenarnya (bukan opamp generik). Mungkin pasangan kapasitif dalam sinyal suara, menyapu frekuensinya?
RustyShackleford
0

Saya baru-baru ini kembali ke proyek ini setelah jeda, dan terus memiliki masalah dengan stabilitas opamp. Namun, saya telah menemukan ada solusi yang lebih sederhana untuk masalah ini, regulator linear LT3080; pada dasarnya mengintegrasikan op-amp dan power-transistor dari sirkuit asli saya, dan tampaknya sangat stabil dalam pengujian saya.

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

Sirkuit baru saya pada dasarnya adalah yang ditunjukkan pada gambar berjudul "Driver LED Dropout Tegangan Rendah" pada halaman 17 dari lembar data. Tetapi alih-alih menempatkan resistor tetap dari pin SET ke GND, saya mengarahkan tegangan variabel ke pin SET (satu juga bisa menggunakan resistor variabel, tetapi tegangan berfungsi lebih baik untuk aplikasi saya). Sinyal tegangan hanya perlu untuk dapat menenggelamkan 10ua dari sumber arus internal.

Itu bekerja seperti pesona.

RustyShackleford
sumber