Operationsverstärker + Mosfet = Stromquelle. Warum brauchen wir einen Rückkopplungswiderstand?

Der Rückkopplungswiderstand wird benötigt, um den Fehler der Eingangsströme zu kompensieren? So wählen Sie den Widerstand R2.

Schaltungsquelle

Widerstand R2.

Kann ich diese Schaltung als Operationsverstärker mit einem differentiellen Eingangsspannungsbereich von +/- 0,6 V verwenden? Ich bin mir nicht sicher. Ich denke nicht

R2 (10k R4 in meinem Diagramm) dient dazu, zusammen mit C1 (1nF Kondensator) einen Miller-Integrator zu bilden, um unerwünschte Schwingungen zu verhindern. Und ja, diese Schaltung schwingt manchmal, hauptsächlich aufgrund des schlechten PCB / Breadboard-Designs. Und hier haben Sie ein Beispiel aus der realen Welt (das Steckbrett).

Ohne die Miller-Kapazität:

Und nachdem ich die Miller-Kapazität in die Schaltung eingefügt habe:

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

BEARBEITEN

Heute teste ich diese Schaltung noch einmal. Und das Ergebnis ist: Für RG = 0 Ohm ; RF = 10 kOhm ohne Miller-Kapazitätsschaltung schwingen (I_Last von 1 mA bis 1A).

Aber Überraschung Überraschung Wenn ich den HF-Widerstand (10K) kurzschließe, verschwinden die Schwingungen auf magische Weise (selbst wenn RG = 1K Ohm).

Es scheint also, dass die Hauptursache für eine Schwingung in meiner Schaltung ein Rückkopplungswiderstand war. Ich vermute, dass HF zusammen mit der Eingangskapazität des Operationsverstärkers und einer parasitären Kapazität der Schaltung einen Pol (Verzögerung) hinzufügt und die Schaltung zu schwingen beginnt.
Ich ändere sogar den Operationsverstärker auf "viel schneller" (TL071). Und die Ergebnisse waren fast gleich, außer dass die Frequenz der Schwingungen viel höher war (713 kHz).

Sie benötigen keinen Rückkopplungswiderstand und C1 auch nicht. Ich denke, der "Designer" hat eine seltsame Wahrnehmung, dass die Schaltung ohne sie schwingen wird, aber das wird nicht.

• Eine Oszillation tritt auf, wenn Q1 eine Verstärkung liefert - nicht, weil es sich um einen Quellenfolger handelt.
• Eine Oszillation tritt auf, wenn Q1 eine signifikante Phasenverschiebung erzeugt, und dies ist eher eine Möglichkeit, aber immer noch unwahrscheinlich, wenn der Wert von R1 (Gate-Widerstand) niedrig gehalten wird.

Aufgrund der Anwesenheit von R3 ist R1 wahrscheinlich überflüssig für Anforderungen.

Hier ist eine Beispielschaltung von Analog Devices: -

Ich sehe die beiden Widerstände und den Kondensator in diesem Schema nicht. Wenn Sie für diese Anwendung einen schlechten Operationsverstärker (aufgrund von Eingangsversatzspannungen, die zu Ungenauigkeiten im Strom führen) wie den LM358 verwenden, sollten Sie einen Bipolartransistor verwenden, wie im Datenblatt auf Seite 18 gezeigt: -

Ich glaube jedoch, dass es mit einem MOSFET funktioniert, vorausgesetzt, Sie verwenden keinen Gate-Widerstand (oder einen sehr kleinen). Es gibt viele Beispiele für die Verwendung des LM358 mit MOSFETs ohne alle "Extras": -

Dies ist eine Standardkonfiguration für die Handhabung einer kapazitiven Last wie langer Kabel (innerhalb einer Standardkonfiguration für Stromsenken).

Der Zweck von R1 / R2 / C1 besteht darin, den Operationsverstärkerausgang von der kapazitiven Last zu entkoppeln, die durch die MOSFET-Gate / Source-Kapazität in Reihe mit R3 dargestellt wird .

Es ist nicht erforderlich, wenn R3 im Vergleich zur Open-Loop-Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers (zwischen 8 und 70 Ohm für gewöhnliche Operationsverstärker ** mit Versorgungsströmen im Bereich von ~ 1 mA pro Verstärker) erheblich groß ist oder der MOSFET eine niedrige Eingangskapazität hat. oder wenn der Operationsverstärker für die Arbeit mit einer großen oder unbegrenzten kapazitiven Last ausgelegt ist (wenn eine dieser drei Bedingungen erfüllt ist).

R1 isoliert die Last, während C1 / R2 einen zweiten Rückkopplungspfad bereitstellt (auch bekannt als "In-Loop-Kompensation"). Wenn Sie R1 haben, sollten Sie C1 / R2 haben. R1 allein macht die Situation noch schlimmer.

** Sie müssen sehr vorsichtig mit Operationsverstärkern mit geringer Leistung sein, die häufig empfehlen, kapazitive Lasten von mehr als nur 100 pF zu isolieren.

Bearbeiten: @ G36 hat eine reale Messung bereitgestellt, die den Effekt veranschaulicht (+1). Es würde wahrscheinlich nicht mit R2 = 0 anstatt mit 330 schwingen, aber das hängt vom verwendeten MOSFET und von der Last in der Drain-Schaltung ab. In jedem Fall wird der Phasenabstand verringert, was zu einem Überschwingen / Unterschwingen des Stroms führt.$\Omega$

Bearbeiten ': Informationen zur Auswahl der Werte für eine bestimmte Situation finden Sie in dieser Referenz. R2 sollte ein Wert sein, der viel höher als R3 und nicht so niedrig ist, dass er übermäßig Offset oder andere schlechte Effekte verursacht. Sagen wir normalerweise im 1K-10K-Bereich, aber es könnte für sehr niedrige Leistung bzw. hohe Frequenzen höher oder niedriger sein.

Wählen Sie also einen Wert für C1. Der Mindestwert von R2 ist:

$R_2 (min) = C_L \frac{R_O + R_1}{C_1}$ wobei RO der Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers im offenen Regelkreis und C_L die Lastkapazität ist.

Wenn also die Lastkapazität 10 nF einschließlich Miller-Effekt beträgt, R1 100 Ohm beträgt, RO 100 Ohm beträgt und C1 100 nF beträgt, dann ist R2 (min) = 20 Ohm. Die gezeigte Schaltung (wenn meine Annahmen vernünftig sind) ist also stark überkompensiert und reagiert viel langsamer als nötig.

Wenn wir C1 = 100pF wählen, ist R2 = 10K. Oder Sie könnten 1nF und 1K verwenden.

Der Kondensator in dieser Schaltung verhindert eine Stromspitze, wenn die Schaltung eingeschaltet wird. Wenn der Stromkreis ausgeschaltet ist, ist er vollständig entladen, und wenn er eingeschaltet wird, ist der Ausgang VC und der Strom ist entweder ausgeschaltet oder niedriger als das Ziel. Der negative Anschluss des Operationsverstärkers wird mit dem Operationsverstärkerausgang hochgefahren. Der Ausgang steigt dann an, bis der Zielwert erreicht ist.

Wenn nicht vorhanden, liegt der negative Anschluss des Operationsverstärkers auf Masse, während der Ausgang des Operationsverstärkers auf eine höhere Spannung als das Ziel ansteigt, da er die Gatekapazität über 100 Ohm ansteuert und möglicherweise gesättigt ist. Wenn der FET eingeschaltet wird, kann es zu einem Überschwingen kommen, wenn sich der Operationsverstärker von der Sättigung erholt.

Nun, es ist eine seltsame Schaltung. Nicht unbedingt schlecht.

Denken Sie daran, dass der Ausgang des Operationsverstärkers eine kleine Signalmasse ist und Sie sehen, dass R2 & C1 ein Tiefpassfilter bilden. Das gegen das Transistor-Gate wirkende R1 wirkt auch als Filter.

C1 speist auch Änderungen am Operationsverstärkerausgang zurück in den invertierenden Eingang und beschleunigt so dessen Reaktion auf Schrittänderungen am Steuereingang. Dies hat den Effekt, dass die Reaktion des Operationsverstärkerausgangs verlangsamt wird.

Die Optimierung der Schaltung hängt unter anderem von der Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers ab.

Interessanterweise kombiniert dies alles, um zu ermöglichen, dass diese Schaltung für dynamische Änderungen in der Last und in der Eingangsreferenz etwas unabhängig voneinander optimiert wird.