op amp + mosfet = fuente de corriente. ¿Por qué necesitamos una resistencia de retroalimentación?

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¿Se necesita la resistencia de retroalimentación para compensar el error de las corrientes de entrada? Cómo elegir la resistencia R2.

Fuente del circuito

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Resistencia R2.

¿Puedo usar este circuito, amplificador operacional con rango de voltaje de entrada diferencial = +/- 0.6V? No estoy seguro. Yo creo que no

AndreyB
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Una discusión muy completa de este tipo de suministro de corriente lineal se publica en otro foro .
user2943160

Respuestas:

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R2 (10k R4 en mi diagrama) está allí para formar junto con C1 (condensador de 1nF) un integrador Miller para evitar oscilaciones no deseadas. Y sí, este circuito a veces oscilará, principalmente debido al diseño deficiente de PCB / placa de pruebas. Y aquí tienes un ejemplo del mundo real (el de la placa de pruebas).

Sin la capacitancia de Miller: diagrama de circuito y traza que muestra la oscilación

Y después de agregar la capacitancia de Miller en el circuito: Diagrama de circuito y trazado, esta vez mostrando salida plana

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

EDITAR

Hoy pruebo este circuito nuevamente. Y el resultado son: Para RG = 0 Ohms ; RF = 10k ohmios sin circuito de capacitancia Miller oscila (I_load de 1mA a 1A).

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Pero sorpresa sorpresa Si corto la resistencia de RF (10K) las oscilaciones desaparecen mágicamente (incluso si RG ​​= 1K ohmios).

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Entonces, parece que la causa principal de una oscilación en mi circuito fue una resistencia de retroalimentación. Sospecho que la RF junto con la capacitancia de entrada opamp y alguna capacitancia parásita agregan un polo (retraso) al circuito y el circuito comienza a oscilar.
Incluso cambio el opamp a "uno mucho más rápido" (TL071). Y los resultados fueron casi los mismos, excepto el hecho de que la frecuencia de las oscilaciones fue mucho mayor (713kHz).

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G36
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Si redujo R2 (resistencia de compuerta) a menos de diez ohmios, ¿oscilará? ¿Has considerado que usar una resistencia de compuerta causa un problema que luego debes resolver usando una resistencia y un condensador adicionales? Además, ¿cómo se forma R2 con C1 un condensador de molienda? C1 es el desacoplamiento de suministro según sus imágenes.
Andy aka
@Andy aka Mañana por la tarde intentaré encontrar algo de tiempo e intentaré comprobarlo. Me refería al circuito de AndreyB.
G36
@ G36, ¿puedo usar este circuito, amplificador operacional con rango de voltaje de entrada diferencial = +/- 0.6V? No estoy seguro. Yo creo que no.
AndreyB
@AndreyB no, este circuito no funcionará con el "rango de voltaje de entrada diferencial".
G36
@Andy aka para RG = 0; RF = 10k ohmios el circuito osculará. Pero no hay osculaciones si RG ​​= 0ohms o 1K pero RF = 0 ohms. Intento RF 1K y 10K y en ambos casos el circuito se comporta mal.
G36
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No necesita una resistencia de retroalimentación y tampoco necesita C1. Supongo que el "diseñador" tiene una extraña percepción de que el circuito oscilará sin ellos, pero no lo hará.

  • La oscilación ocurrirá si Q1 proporciona ganancia; no lo hará porque es un seguidor de origen.
  • La oscilación ocurrirá si Q1 produce un cambio de fase significativo y esto es más posible pero aún improbable si R1 (resistencia de compuerta) se mantiene bajo en valor.

De hecho, debido a la presencia de R3, es probable que R1 sea superfluo para los requisitos.

Aquí hay un ejemplo de circuito de Analog Devices:

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No veo las dos resistencias y el condensador en este esquema. Si estaba usando un amplificador operacional pobre para esta aplicación (debido a que los voltajes de compensación de entrada que causan imprecisiones en la corriente) como el LM358, entonces debería considerar usar un transistor bipolar como se muestra en la hoja de datos en la página 18: -

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Sin embargo, creo que funcionará con un MOSFET siempre que no use una resistencia de compuerta (o una muy pequeña). Hay muchos ejemplos del uso del LM358 con MOSFET sin todos los "extras":

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Andy alias
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Estoy de acuerdo en que R1 es superfluo, pero C1 es necesario cuando el amplificador operacional no es estable. Esa sería una elección extraña aquí, ya que se usa en la configuración de ganancia unitaria, pero eso puede suceder cuando tiene un amplificador no utilizado en un paquete. Una vez que decida que se requiere C1, necesita R2 para que funcione, ya que es probable que R3 tenga una resistencia muy baja.
Olin Lathrop
@OlinLathrop buen punto
Andy alias
@Olin Lathrop, explica más por favor.
AndreyB
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@AndreyB Olin se refiere a amplificadores operacionales que no son estables en ganancia de unidad. La mayoría de los amplificadores operacionales son, por supuesto, pero (tal vez) el 1% están diseñados específicamente para ser amplificadores de voltaje a altas frecuencias y ciertos componentes de estabilidad interna no están presentes para brindar mayores posibilidades de ancho de banda.
Andy alias
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Esta es una configuración estándar para manejar una carga capacitiva como cables largos (dentro de una configuración estándar de sumidero de corriente).

El propósito de R1 / R2 / C1 es desacoplar la salida del amplificador operacional de la carga capacitiva presentada por la capacitancia de puerta / fuente MOSFET en serie con R3 .

No es necesario si R3 es significativamente grande en comparación con la impedancia de salida de bucle abierto del amplificador operacional (entre 8-70 ohmios para amplificadores operacionales comunes ** con corrientes de alimentación en el rango de ~ 1 mA por amplificador) o el MOSFET tiene baja capacitancia de entrada, o si el amplificador operacional está diseñado para funcionar con una carga capacitiva grande o ilimitada (si alguna de esas tres condiciones es verdadera).

R1 aísla la carga, mientras que C1 / R2 proporciona una segunda ruta de retroalimentación (también conocida como "compensación en bucle"). Si tiene R1, debe tener C1 / R2. R1 solo empeora la situación.

** Debe tener mucho cuidado con los amplificadores operacionales de baja potencia, que a menudo recomiendan aislar cargas capacitivas de más de solo 100pF.

Ω

Editar ': con respecto a la elección de los valores para una situación dada, consulte esta referencia. R2 debería ser un valor tal que sea mucho más alto que R3 y no tan bajo que cause un desplazamiento u otros efectos negativos indebidos. Digamos en el rango de 1K-10K normalmente, pero podría ser mayor o menor para muy baja potencia o altas frecuencias respectivamente.

Entonces elija un valor para C1. El valor mínimo de R2 es:

R2(metroyonorte)=CLRO+R1C1

Entonces, si la capacidad de carga es de 10nF, incluido el efecto Miller, R1 es de 100 ohmios, RO es de 100 ohmios y C1 es de 100nF, entonces R2 (min) = 20 ohmios. Por lo tanto, el circuito como se muestra (si mis suposiciones son razonables) está excesivamente sobrecompensado y responderá mucho más lentamente de lo necesario.

Si elegimos C1 = 100pF, entonces R2 = 10K. O podrías usar 1nF y 1K.

Spehro Pefhany
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Este no es un resultado de simulación sino una medida del mundo real. Usé mi alcance RIGOL para capturar esto. Solo usé LTspice para dibujar el esquema simplificado de la configuración que usé en el tablero.
G36
Bien, en cuanto a elegir un valor para R2 (que era la pregunta), creo que quieres que la impedancia de C1 sea mucho menor que R2 a cualquier frecuencia en la que el circuito oscile ... pero no estoy seguro . Casi siempre uso solo 10k ohm como se muestra arriba.
George Herold
@GeorgeHerold Se agregó una referencia (que no cubre esta configuración) y un cálculo. Si no quiero calcularlo, a menudo usaré 1K / 1nF / 100 ohmios con amplificadores operacionales de baja potencia.
Spehro Pefhany
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El condensador en este circuito evita un pico de corriente cuando el circuito se enciende. Cuando el circuito está apagado, está completamente descargado, y cuando se enciende, la salida será VC y la corriente estará apagada o será inferior al objetivo. El terminal negativo del amplificador operacional se activará con la salida del amplificador operacional. La salida aumentará hasta alcanzar el valor objetivo.

Si no está presente, el terminal negativo del amplificador operacional estará en tierra mientras que la salida del amplificador operacional aumenta a un voltaje más alto que el objetivo, ya que impulsa la capacitancia de la puerta a través de 100 ohmios y posiblemente puede saturarse. Cuando se enciende el FET, se puede producir un sobreimpulso cuando el amplificador operacional se recupera de la saturación.

John Birckhead
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Bueno, es un circuito extraño. No necesariamente malo.

Tenga en cuenta que la salida del amplificador operacional es una señal de tierra pequeña y verá que R2 y C1 forman un filtro de paso bajo. El R1 que actúa contra la puerta del transistor también actúa como un filtro.

C1 también inyecta cambios en la salida del amplificador operacional nuevamente en la entrada de inversión y, por lo tanto, acelera su respuesta a los cambios de paso en la entrada de control. Esto tiene el impacto de ralentizar la respuesta de la salida del amplificador operacional.

La optimización del circuito dependerá, entre otras cosas, de la impedancia de entrada del amplificador operacional.

Curiosamente, todo esto se combina para permitir que este circuito se optimice para cambios dinámicos en la carga y en la referencia de entrada de forma independiente.

marcador de posición
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Tu tercer párrafo está completamente equivocado. C1 ralentiza la respuesta del opamp.
Olin Lathrop
@OlinLathrop gracias, puedo ver por qué se lee de esa manera, limpiaré el idioma.
marcador de posición
Esto todavía no está bien. C1 no acelera la respuesta del opamp para controlar los pasos de entrada, los ralentiza. C1 es un condensador de compensación clásico . Su propósito es mantener estable el opamp. Básicamente agrega algo de salida dV / dt a la entrada negativa. Cuando el opamp comienza a moverse rápidamente, este dV / dt aumenta un poco la entrada negativa, lo que hace que el opamp sea menos fuerte en la dirección en la que va.
Olin Lathrop
@OlinLathrop en ninguna parte dice que el amplificador operacional se aceleró, ni lo dijo originalmente, pero era un lenguaje lanoso. De hecho, en la versión editada, dice explícitamente que la salida se ralentiza.
marcador de posición
La parte a la que me opongo es "y, por lo tanto, acelera su respuesta a los cambios de pasos" . Eso está mal. No hace tal cosa.
Olin Lathrop