Warum funktioniert dieser Opamp nicht richtig?

Ich arbeite an einer einstellbaren Stromquelle. In einem Thread vor einiger Zeit wurden verschiedene Schaltkreise diskutiert:

einfache einstellbare Stromquelle für LED-String

... aber da ich mich für eine Option entschieden habe und diese nicht richtig funktioniert, beginne ich einen neuen Thread, um mich auf mein Rätsel zu konzentrieren.

Hier ist die Schaltung:

Der Widerstandsteiler (30K Widerstand und Potentiometer) liefert eine Referenzspannung am 'Set' (der DC-Sweep von v1 dreht nur die Topfwelle). Der Operationsverstärker sollte "Gate" bedienen, so dass "Sense" gleich "Set" ist, und somit entspricht der Strom (in Milliampere), der durch die Last "Rload" gezogen wird, der Spannung von "Set" (in Millivolt). So einfach ist das.

Die 12-V-Versorgung, die die eingestellte Schaltung und den Operationsverstärker mit Strom versorgt, ist eine 7812, die von der 24-V-Versorgung abgeschaltet wird. Und der Mosfet ist eigentlich ein FQP10N20C (ein ziemlich Vanille-Power-Nfet).

Ich habe mit LTspice simuliert und es verhält sich wie erwartet. Aber auf dem Steckbrett, wenn 'set' von 0 auf ungefähr 400 mV erhöht wird, werden 'sense' Tracks 'immer weniger gut' gesetzt '. Irgendwann sehe ich 257 mV am 'Set', aber nur 226 mV am 'Sense'; es fließen also nur 226mA durch Rload und R1. 'Gate' liegt bei 3,53 V und 'down' bei 11,7 V. Wenn man den Operationsverstärker nur isoliert betrachtet, scheint es, dass "Gate" höher angesteuert werden sollte (bis vermutlich irgendwann genug Strom fließt, dass "Sense" 257 mV entspricht).

Der Operationsverstärker ist für die Verwendung mit einer Single-Ended-Versorgung vorgesehen und sollte in der Lage sein, seinen Ausgang problemlos über 3,53 V (mit einer Versorgungsspannung von 12 V) zu betreiben. Das Gate des FET sollte keinen Strom aufnehmen (mit Messgerät überprüft).

Ich bin ratlos.

Datenblatt für den Opamp (LT1006)

Das Problem ist offensichtlich, dass am Ausgang des Operationsverstärkers eine Art Schwingung auftritt. Das Anbringen eines 10uF-Kondensators am 'Gate'-Knoten hat das Problem mehr oder weniger behoben, aber das Anbringen eines 1K-Widerstands zwischen dem Operationsverstärkerausgang und dem Fet-Gate hilft nicht viel. Ich sehe jetzt nicht mehr als ungefähr 7 mV Diskrepanz zwischen 'sense' und 'set' über den gesamten Stromanpassungsbereich (jetzt 0 bis 300 mA) und eine Spannung (erforderlich, um diesen Strom durch die Last zu treiben) zwischen ungefähr 3 und 23 V. .

Ich habe diese Frage erst jetzt gesehen und Ihre Antwort, dass der Opamp oszillierte. Das war meine erste Vermutung aus dem Schaltplan und den Symptomen.

Mir gefällt jedoch nicht, wie Sie das Problem behoben haben. Das einfache Laden des Opamp-Ausgangs mit viel Kapazität kann jetzt in diesem Fall bei dieser Temperatur mit dieser Mondphase funktionieren. Es funktioniert möglicherweise nicht mit demselben Opamp-Modell aus einer anderen Charge oder einer zukünftigen Charge.

Eine bessere Lösung besteht darin, einen kleinen Widerstand in den Rückkopplungspfad zwischen der Oberseite des Stromerfassungswiderstands und dem negativen Operationsverstärkereingang zu legen. Fügen Sie dann einen kleinen Kompensationskondensator direkt vom Operationsverstärkerausgang zum negativen Eingang hinzu. Die Kappe bietet sofort eine negative Wechselstromrückmeldung, um den Verstärker stabil zu halten. Der Widerstand erhöht die Impedanz des Signals, so dass die Kappe einen gewissen Effekt haben kann, ohne für andere Überlegungen zu groß sein zu müssen. Versuchen Sie 1 kΩ und vielleicht 100 pF. Sie können einen größeren Kondensator verwenden, wenn die Reaktionszeit nicht schnell sein muss und Sie auf der Seite von mehr Stabilität irren möchten.

Hinzugefügt

Ich hatte vorher noch nicht auf das Datenblatt des Opamps geschaut und nur für einen normalen Opamp geantwortet. Der LT1006 ist für sehr niedrige Offset-Spannung und geringe Leistung optimiert. Das bedeutet, dass in anderen Bereichen Kompromisse eingegangen wurden. Eine davon ist anscheinend die Stabilität. Das Datenblatt zeigt den Verstärker, der als Spannungsfolger mit Einheitsverstärkung verwendet wird, so dass er anscheinend stabil mit Einheitsverstärkung ist.

Schauen Sie sich jedoch die typischen Anwendungsschemata auf Seite 11 genau an. Beachten Sie, dass einer 1 kΩ in Reihe mit einem 680 nF-Kompensationskondensator und der andere 2 kΩ mit 330 nF Kompensation hat. Dies bedeutet, dass meine Schätzung von 1 kΩ und 100 pF viel zu wenig war. Versuchen Sie eine Kombination, die eher dem entspricht, was sie verwenden. Da Sie bereits einen Serienwiderstand von 1 kΩ haben, versuchen Sie 1 µF direkt zwischen dem Operationsverstärkerausgang und dem negativen Eingang.

Das andere, was Sie tun müssen, ist, das Signal im Laufe der Zeit zu betrachten, nicht seine durchschnittliche Spannung. Legen Sie bereits ein Zielfernrohr darauf und sehen Sie, was wirklich los ist.

Ich bin kürzlich nach einer Pause zu diesem Projekt zurückgekehrt und hatte weiterhin Probleme mit der Stabilität des Opamps. Ich habe jedoch festgestellt, dass es eine einfachere Lösung für das Problem gibt, den Linearregler LT3080. Es integriert im Wesentlichen den Operationsverstärker und den Leistungstransistor meiner ursprünglichen Schaltung und scheint in meinen Tests sehr stabil zu sein.

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

Meine neue Schaltung ist im Wesentlichen die in der Abbildung mit dem Titel "Low Dropout Voltage LED Driver" auf Seite 17 des Datenblattes gezeigte. Aber anstatt einen festen Widerstand vom SET-Pin auf GND zu setzen, treibe ich eine variable Spannung in den SET-Pin (man könnte auch einen variablen Widerstand verwenden, aber eine Spannung funktioniert für meine Anwendung besser). Das Spannungssignal muss lediglich in der Lage sein, die 10ua der internen Stromquelle zu senken.

Es wirkt wie ein Zauber.