Pourquoi cet ampli op ne fonctionne pas correctement?

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Je travaille sur une source de courant réglable. En quelques mots, différents circuits ont été discutés:

simple source de courant réglable pour chaîne LED

... mais comme j'ai opté pour une option, et que cela ne fonctionne pas correctement, je commence un nouveau fil pour me concentrer sur mon énigme.

Voici le circuit:

entrez la description de l'image ici

Le diviseur de résistance (résistance 30K et potentiomètre) fournit une tension de référence sur 'set' (le balayage DC de v1 fait juste tourner l'arbre du pot). L'ampamp doit asservir la «porte» de sorte que «sens» est égal à «set», et donc le courant (en milliampères) tiré à travers la charge «Rload» est égal à la tension de «set» (en millivolts). Aussi simple que cela.

L'alimentation 12v qui alimente le circuit «set» et l'ampli-op est un 7812 alimenté par l'alimentation 24v. Et le mosfet est en fait un FQP10N20C (un nfet de puissance assez vanillé).

J'ai simulé avec LTspice et il se comporte comme je m'y attendais. Mais sur la maquette, au fur et à mesure que le «set» passe de 0 à environ 400mV, les «sens» des pistes «set» de moins en moins bien. À un moment donné, je vois 257mV sur 'set' mais seulement 226mV sur 'sense'; donc seulement 226mA circule à travers Rload et R1. «Gate» est à 3,53 V et «down» à 11,7 V. Si l'on examine simplement l'ampli op isolément, il semble que la «porte» devrait être poussée plus haut (jusqu'à ce que, vraisemblablement, à un moment donné, suffisamment de courants de courant que le «sens» soit égal à 257 mV).

L'ampli-op est destiné à être utilisé avec une alimentation asymétrique et devrait facilement être capable de conduire sa sortie au-dessus de 3,53 V (avec une tension d'alimentation de 12 V). La grille du FET ne doit pas absorber de courant (vérifié avec le compteur).

Je suis perplexe.

Fiche technique de l'ampli op (LT1006)

RustyShackleford
la source
Avez-vous un tracé de l'oscilloscope (ou une mesure en courant alternatif aux entrées opamp ou à la porte FET)? Il est possible qu'il y ait des oscillations de bas niveau en raison de la capacité de la grille.
Peter Smith
Par mesure de sécurité contre les oscillations mentionnées par @PeterSmith, essayez d'insérer une résistance en série avec la grille. Essayez des valeurs comprises entre 100Ohm et 1kOhm.
Lorenzo Donati - Codidact.org
Au fait, j'ai vérifié la fiche technique du FDP18N50: sa tension de seuil Vgs est comprise entre 3V et 5V, de plus le LT1006 n'est pas un ampli op sortie rail à rail, donc sa sortie ne peut pas atteindre le rail positif qui est 6V (sa fiche technique revendique environ 4,4 V max lorsqu'il est alimenté à 5 V), vous pouvez donc vous attendre à environ 5,5 V max à la sortie, peut-être pas assez pour conduire le mosfet assez fort si vous avez un échantillon avec Vgs (th) près de 5V. Essayez d'augmenter l'offre de l'ampli op et de voir si elle s'améliore, ou essayez avec un mosfet avec un Vgs (th) maximum inférieur.
Lorenzo Donati - Codidact.org
En regardant le schéma du LT1006 dans la fiche technique (je suis concepteur de circuits intégrés, j'aime ces schémas :-)) je pense qu'il préfère avoir une charge résistive à la masse en sortie. Je suggère de connecter une résistance de 1 kohm entre la sortie de l'ampli et la masse, ce qui pourrait aider à maintenir la sortie à la bonne tension. Le modèle de simulation n'intègre probablement pas cet effet, donc la résistance n'est pas nécessaire.
Bimpelrekkie
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D'après le commentaire de @FakeMoustache, les modèles de simulation LT (comme tous les fabricants) sont des compromis, mais LT a documenté exactement quels sont les compromis: linear.com/docs/4139
Peter Smith

Réponses:

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Le problème est évidemment qu'il y a une sorte d'oscillation sur la sortie de l'ampli-op. Mettre un condensateur de 10uF sur le nœud 'gate' a plus ou moins résolu le problème, mais mettre une résistance 1K entre la sortie opamp et la porte fet n'aide pas beaucoup. Je ne vois maintenant plus que 7mv d'écart entre le 'sens' et le 'set', sur toute la plage de réglage du courant (maintenant 0 à 300ma) et une tension (nécessaire pour conduire ce courant à travers la charge) entre environ 3 et 23v .

RustyShackleford
la source
En ajoutant un grand (!) 10uF à la sortie de l'ampli-op, vous avez augmenté la marge de phase qui a arrêté l'oscillation.
le_top
2

Je viens de voir cette question tout à l'heure, et votre réponse selon laquelle l'ampli op oscillait. C'était ma première supposition à partir du schéma et des symptômes.

Cependant, je n'aime pas la façon dont vous l'avez corrigé. Le simple chargement de la sortie opamp avec beaucoup de capacité peut fonctionner maintenant dans ce cas à cette température, avec cette phase de la lune. Il peut ne pas fonctionner avec le même modèle d'opamp d'un lot différent ou d'un futur lot.

Une meilleure solution consiste à mettre un peu de résistance dans le chemin de rétroaction, entre le haut de la résistance de détection de courant et l'entrée opamp négative. Ajoutez ensuite un petit condensateur de compensation directement de la sortie opamp à l'entrée négative. Le capuchon fournit un retour AC négatif immédiat pour maintenir l'ampli stable. La résistance augmente l'impédance du signal afin que le capuchon puisse avoir un certain effet sans avoir à être trop grand pour d'autres considérations. Essayez 1 kΩ et peut-être 100 pF. Vous pouvez utiliser un condensateur plus grand si le temps de réponse n'a pas besoin d'être rapide et que vous souhaitez vous tromper pour plus de stabilité.

Ajoutée

Je n'avais pas regardé la fiche technique de l'opamp avant, et juste répondu pour un opamp ordinaire. Le LT1006 est optimisé pour une très faible tension de décalage et une faible puissance. Cela signifie que des compromis ont été faits dans d'autres domaines. L'un d'eux est apparemment la stabilité. La fiche technique montre l'ampli utilisé comme suiveur de tension à gain unitaire, il est donc apparemment stable à gain unitaire.

Cependant, regardez attentivement les schémas d'application typiques à la page 11. Notez comment l'un a 1 kΩ en série avec un condensateur de compensation de 680 nF, et l'autre 2 kΩ avec une compensation de 330 nF. Cela signifie que ma supposition au-dessus de 1 kΩ et 100 pF était beaucoup trop faible. Essayez une combinaison plus semblable à ce qu'ils utilisent. Comme vous avez déjà une résistance série de 1 kΩ, essayez 1 µF directement entre la sortie de l'ampli op et l'entrée négative.

L'autre chose que vous devez faire est en fait de regarder le signal au fil du temps, pas sa tension moyenne. Mettez-y déjà une portée et voyez ce qui se passe vraiment.

Olin Lathrop
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Oui, même un écart de 7mv me dit que quelque chose ne va pas. J'ai remplacé le fil de R1 à l'entrée négative de l'opamp par une résistance de 1 kΩ et ajouté un plafond de 1000pf entre la sortie et l'entrée négative de l'opamp. Mais, sans ce condensateur sur la sortie de l'opamp, je vois jusqu'à 20mv de différence (entre les entrées de l'opamp); avec ce capuchon, les composants add'l (1 kΩ et 1000pf) ne réduisent pas l'écart (bien que, bien sûr, ils puissent rendre le circuit plus robuste, comme vous le suggérez).
RustyShackleford
Quelques observations étranges ... Si je connecte le circuit à son application - une série de LED, au lieu du pot de 50Ω avec lequel j'ai testé - la différence entre les entrées opamp passe à 0. C'est avec les 3 composants (mentionnés dans le commentaire précédent). Mais si je retire le capuchon de la sortie opamp, les choses deviennent folles: la sortie opamp passe à 5 + v, et le courant monte à 700-800ma (et donc l'entrée opamp négative à 700mv, même si l'entrée positive est à 200mv ou alors). Un comportement très instable sur lequel j'ai besoin de me familiariser; une chose est sûre: c'est très malheureux sans amortissement.
RustyShackleford
Merci pour les informations supplémentaires, @Olin. L'une de leurs applications (sur cette même page) dispose également d'un simple filtre passe-bas RC sur la sortie opamp. J'ai essayé ça hier soir et ça a plutôt bien fonctionné.
RustyShackleford
Je dois essayer de sélectionner un opamp plus approprié. Je recherchais principalement une solution permettant un approvisionnement unique.
RustyShackleford
Je me demande s'il existe un bon moyen de modéliser cette instabilité dans LTspice? J'ai le modèle LT1006 réel (pas un ampli op générique). Peut-être couplé capacitivement dans un signal de bruit, balayant sa fréquence?
RustyShackleford
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Je suis récemment revenu sur ce projet après une interruption et j'ai continué à avoir des problèmes avec la stabilité de l'opamp. Cependant, j'ai découvert qu'il existe une solution plus simple au problème, le régulateur linéaire LT3080; il intègre essentiellement l'ampli-op et le transistor de puissance de mon circuit d'origine, et semble être très stable dans mes tests.

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

Mon nouveau circuit est essentiellement celui montré dans la figure intitulée "Pilote de LED à faible tension de décrochage" à la p.17 de la fiche technique. Mais au lieu de mettre une résistance fixe de la broche SET à GND, je pilote une tension variable dans la broche SET (on pourrait également utiliser une résistance variable, mais une tension fonctionne mieux pour mon application). Le signal de tension doit simplement être capable de couler le 10ua de la source de courant interne.

Il fonctionne comme un charme.

RustyShackleford
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