Op amp, dodanie sprzężenie zwrotne, ale odwrócenie fazy na mosfecie

W dniu 03.12.2023 o 03:27, Arnold Ziffel pisze:

Dodałeś znaczne wzmocnienie na mosfecie i warunki stabilności poszły... Zrób sobie analizę AC, zobaczysz że musi się wzbudzić.

Co poprawić? Musisz zmniejszyć wzmocnienie dla wysokich częstotliwości. Wyrzuć C1, ogranicz wzmocnienie tranzystora dla w.cz wstawiając w źródle M1 np. 10R i dodając równolegle do obciążenia dwójnik 100nF szeregowo z

Poprawiony układ: Version 4 SHEET 1 1112 680 WIRE 912 -240 912 -288 WIRE 912 -240 800 -240 WIRE 800 -224 800 -240 WIRE 912 -192 912 -240 WIRE 704 -64 528 -64 WIRE 800 -64 800 -80 WIRE 800 -64 784 -64 WIRE 912 -64 912 -112 WIRE 912 -64 800 -64 WIRE 960 -64 912 -64 WIRE 912 0 912 -64 WIRE 608 64 448 64 WIRE 768 80 672 80 WIRE 864 80 848 80 WIRE 528 96 528 -64 WIRE 608 96 528 96 WIRE 528 128 528 96 WIRE 912 224 912 176 FLAG -240 176 0 FLAG -240 96 9V FLAG 640 48 9V FLAG 640 112 0 FLAG -96 176 0 FLAG -96 96 IN FLAG 448 64 IN FLAG -400 96 VCC FLAG -400 176 0 FLAG 912 -288 VCC FLAG 528 208 0 FLAG 912 224 0 FLAG 960 -64 OUT SYMBOL Opamps\\LT1013 640 16 R0 SYMATTR InstName U1 SYMBOL voltage -240 80 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value 9V SYMBOL voltage -96 80 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName V2 SYMATTR Value SINE(4075m 2825m 1) SYMBOL res 864 64 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 22R SYMBOL res 896 -208 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100R SYMBOL res 800 -80 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 10k SYMBOL res 512 112 R0 SYMATTR InstName R4 SYMATTR Value 10k SYMBOL voltage -400 80 R0 WINDOW 123 0 0 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR InstName V3 SYMATTR Value 20V SYMBOL nmos 864 0 R0 SYMATTR InstName M1 SYMATTR Value BSC010NE2LS SYMBOL cap 784 -224 R0 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 100n SYMBOL res 784 -176 R0 SYMATTR InstName R5 SYMATTR Value 10 SYMBOL res 896 80 R0 SYMATTR InstName R6 SYMATTR Value 10 TEXT -96 272 Left 2 !.tran 2s

Dziwaczne.

2) porównanie napięcia na we+ sugeruje, ze raz naładowany kondensator C1 za wolno opada, i za wolno narasta - stąd w miarę stały poziom przez wiekszosć czasu. Ale jakiekolwiek zmniejszenie to oscylacja.

podnioslem czestotliwosc do 50Hz, zmniejszylem C1 do 10n, dorzuciłem do wykresu (V(in)-V(n001))*10, wziąłem 10ms symulacji

i mi wychodzi, ze strasznie wolno narasta wyjscie opampa. Jak sie różnica na wejsciu zmienia, to wyjscie opampa dopiero zaczyna narastać, i po ok 5us tranzystor się otwiera. A przez ten czas napiecie wyjsciowe opampa rośnie, zamiast spadać.

Po tych 5us napiecie na drenie spada, na C1 spada, dochodzi do zmiany różnicy, i wyjscie opampa dopiero zaczyna opadać. Kolejnych pare us zanim opadnie na tyle, aby tranzystor sie zaczął zamykac. Za wolny opamp, za szybki tranzystor?

Ale że nie pomaga powiększenie C1? Zwiekszylem go do 1u, to teraz narost wyjscia opamp jest 23us. I jak widac i 100u nie pomaga. przy 10u wydłuza sie do ~80us - czyzby skutek małej róznicy napięc na wejsciu .. i małego wzmocnienia wzmacniacza?

Wiec jak to wygasic? Niby wystarczy gdzies wsadzic filtr tłumiący wysokie częstotliwosci, ale C1 nie pomaga, kondensator na wyjsciu nie pomaga, kondensator za R1 nie pomaga (zmieniłem na 2k i 10u). Skonczyły mi sie pomysły.

Lutujesz na żywo? IHMO ... powinno działać. A może nie?

Zdecydowanie generator, i to taki analogowy.

J.

sobie cos przypomnialem. Klasyczny generator 3 RC

Idiotyczne jakies ...

J.

W dniu 2023-12-05 o 10:23, J.F pisze:

Moje skojarzenia są mniej więcej takie: Normalne wzmacniacze operacyjne robi się tak, aby przy wzmocnieniu 1 były stabilne. Są też wzmacniacze 'szybsze' ale one są stabilne tylko dla wzmocnień większych od np.10. Wynika to z tego, że aby wzmocnienie było 10 to sprzężenie zwrotne ma wzmocnienie 1/10 i całe wzmocnienie pętli spada 10 razy więc osiąga 1 gdy faza jeszcze się za dużo nie przesunęła.

Jak dodajesz tranzystor to wzmocnienie wzrasta pewnie ze 100 razy więc stabilność w naturalny sposób będzie gdzieś przy wzmocnieniu 100 i więcej. To na tej samej zasadzie co poprzednio, ale nie na pewno, bo jest jeszcze kwestia dodatkowego bieguna wprowadzanego zapewne przez ten tranzystor i to nie gdzieś tam wysoko, gdy wzmocnienie pętli jest już poniżej 1, ale wcześniej dodatkowo przesuwając fazę.

Można zapewne wstawiając człon RC dać drugi biegun też gdzieś w niskich częstotliwościach (pierwszy biegun wzmacniacz ma swój i to bywa w okolicach 1Hz). Dzięki temu wzmocnienie pętli będzie szybciej spadać i wartość 1 wystąpi zanim jeszcze pojawią się inne bieguny (być może też ten od tranzystora). Tylko, że mamy duże przesunięcie fazy (ok 180) spowodowane tymi dwoma biegunami. Do tego dojdzie przesunięcie od biegunów które przy wyższych częstotliwościach są tam nie do uniknięcia i razem wyjdzie ponad 180. Dlatego jakiś kawałek przed uzyskaniem wzmocnienia 1 trzeba dodać zero, aby skompensować fazę. Zera nie da się dodać samego w sobie więc trzeba je połączyć z biegunem, który wypadnie już po osiągnięciu wzmocnienia 1. Układy kompensacji przetwornic DCDC (szczególnie Voltage-mode) zawierają układy wstawiające takie pary zero+biegun.

Na ch-ce wzmocnienia pętli powinno to wyglądać tak, że przez 2 bieguny mamy spadek 40db/dekadę, ale w okolicy wzmocnienia 1 mamy odcinek mniejszego spadku (czyli zero po lewej i biegun po prawej) i wtedy jest chwilowo mniejsze przesunięcie fazy. Przesunięcie fazy może być większe od 180 przy wzmocnieniu większym od 1 i potem przy wzmocnieniu mniejszym od 1, ale przy samym 1 powinno być mniejsze od 180. Chyba do tego sprowadzało się kryterium stabilności Nyquista. P.G.

I to moze być to.

Kolega próbował, i widzisz - filtr absurdalny (5k/100uF), nie nadąża za sledzeniem sygnału 1Hz, a całość sie na w.cz wzbudza nadal.

No wlasnie - próbowałem naiwnie dodac jakies dodatkowe tłumienie, i wcale nie było lepiej. Potem skojarzyłem ten generator.

J.

W dniu 2023-12-05 o 17:40, J.F pisze:

Tak w ogóle to wydaje mi się, że wszystkie układy jakie kiedykolwiek widywałem dodające na wyjściu OpAmpa tranzystory aby dać mu większą wydajność prądową, albo większy zakres napięcia wyjściowego wykorzystywały do sterowania tego zewnętrznego bufora nie wyjście wzmacniacza a jego nogi zasilające. Jeśli obciążenie będzie dostawało część prądu z samego wzmacniacza i wspomaganie (9 razy więcej) z zewnętrznych tranzystorów to jak pojawia się sygnał, że trzeba dać w wyjście więcej to wzmacniacz zaczyna dawać więcej i zaczyna pobierać więcej prądu z zasilania (+). To jest wykorzystywane do wysterowania tranzystora zewnętrznego dającego 9x tyle co sam wzmacniacz. To jak wspomagania hamulca czy kierownicy w samochodzie.

Taki układ jak opisałem chyba zwiększa wzmocnienia napięciowego wzmacniacza więc całkiem możliwe, że nie dokłada jakichś trudnych do rozwiązania problemów stabilnościowych. Pewnie nie za bardzo to pasuje do rail-to-rail, ale może to lepszy kierunek. P.G.

W dniu 03.12.2023 o 03:27, Arnold Ziffel pisze:

W poście <ukhp9e$bnn$1$ snipped-for-privacy@news.chmurka.net> podałem rozwiązanie - nie jest widoczny?

Dla wszystkich chcących zbadać stabilność wzmacniacza w LTSpice tutorial:

Może spróbować zamiast MOSFET-a wtórnik na tranzystorze mocy PNP, wzmocnienie 1 bez odwracania fazy? Czy jest istotny mały spadek napięcia (możliwość uzyskania prawie 0V na wyjściu)? Z innych pomysłów - lokalne ujemne sprzężenie wokół wzmacniacza (rezystor szeregowo na wejściu, kondensator z wyjścia do wejścia odwracającego). MOSFET to nie tylko dodatkowe wzmocnienie ale też przesunięcie fazy (spora pojemność bramki), C1 to kolejne przesunięcie fazy w tę samą stronę, więc nie dziwne że problem ze stabilnością. Poza tym w realnym układzie MOSFET pracujący analogowo może się nie sprawdzić jeszcze z jednego powodu - one zwykle są projektowane do pracy jako klucz, czasem producenci nawet nie chwalą się SOA dla DC bo nie ma czym. Nawet jak zapewnimy odpowiednie chłodzenie całości, może dojść do punktowego przegrzania struktury. To co kiedyś pisano że prąd maleje ze wzrostem temperatury, niestety dla wielu współczesnych MOSFET-ów jest prawdą tylko przy bardzo dużych prądach i małych napięciach (typowa praca jako klucz).

Jest, tylko nie odpisałem, bo jeszcze nie miałem chwili, żeby do tego wrócić. Czasem w robocie mam urwanie głowy, po niej też, i hobbystyczne wydumki odchodzą na dalszy plan :( Wrócę do tematu i dam znać.