Посоветуйте ОУ для источника тока

Greetings, Dmitry!

Посмотрел я мессагу, посланную Dmitry Fedorov к All, и решил ответить:

DF> Думаю, что дело только в ОУ и генерации при работе на емкостную DF> нагрузку (транзистор и монтаж) - что можно взять (один в корпусе SO8), DF> чтобы не генеририл, но input rail-to-rail ? Или как вылечить?

Дело в том, что у тебя усилитель, охваченный глубокой ОС, и в петле пpисутствуют более 2-х звеньев (ФHЧ). Лечится это только коppектиpованием, независимо от того какой стоит ОУ. Лучше всего посмотpеть АЧХ pазомкнутой системы в Спайсе, там-же скоppектиpовать. Затем снять pеальную АЧХ (для системы, такой как у тебя это не сложно) и скоppектиpовать с некотоpым запасом.

ЗЫ: Есть хоpошая книжка, автоpы Титце и Шенк, названия не помню. Там подобные вещи изложены очень доходчиво.

C наилучшими пожеланиями Ilja aka ИЛ-2 (ilja_vlaskin$mail.ru)

... Сижу, никого не трогаю, примус починяю :)

Sorry - Попытка настроиться

Добрый день! Через news.sovintel.ru заработало, а news.mtu.ru посылать запрещает!

запасом.

Где ФНЧ-звенья? Первое - выходной импеданс ОУ и емкость его нагрузки (до

Кстати, ни резистор последовательно с выходом ОУ, ни буферный каскад (KT315+KT361) на раскачку силового транзистора не помогают. Ситуация не меняется. Это наводит на мысль, что дело действительно не в емкостной нагрузке ОУ. И стабильно генерация начинается при токах коллектора около 1.3А. Причем управляющий сигнал меняю вообще статически (вручную). В рабочем режиме он будет меняться не чаще 30 раз в секунду. Так что частотные свойства этого генератора тока меня особенно не волнуют. Уровень выходного тока, при котором начинается генерация, меняется в зависимости от нагрузки - если убрать амперметр и просто закоротить коллектор на питание, то генерация начинается при значительно больших токах. И почему (качественно) схема начинает генерить в статическом режиме при больших токах только? Казалось бы, какя разница, какой ток течет через транзистор?

WBR Юрий Копылов snipped-for-privacy@mtu-net.ru

Hello, Yuri! You wrote to Ilja Vlaskin on Fri, 22 Oct 2004 12:46:22 +0000 (UTC):

YK> Уровень выходного тока, при котором начинается генерация, меняется в YK> зависимости от нагрузки - если убрать амперметр и просто закоротить YK> коллектор на питание, то генерация начинается при значительно YK> больших токах.

Alexander,Derazhne@adic,kiev,ua (replace commas with dots) Alexander Derazhne

Thu Oct 21 2004 18:35, Dmitry Fedorov wrote to All:

DF> ----- Original Message ----- DF> From: Yuri Kopylov snipped-for-privacy@mtu-net.ru DF> Newsgroups: fido7.ru.embedded DF> Sent: Tuesday, October 19, 2004 11:14 PM DF> Subject: Посоветуйте ОУ для источника тока

DF> Думаю, что дело только в ОУ и генерации при работе на емкостную DF> нагрузку (транзистор и монтаж) - что можно взять (один в корпусе SO8), DF> чтобы не генеририл, но input rail-to-rail ? Или как вылечить?

Далеко не _только_ в ОУ и его _емкостной_ нагрузке. Неплохо поковырять еще и на предмет _индуктивной_ составляющей в сильноточной цепи - суть-то эффекта ведь та же и это доп.звено ФНЧ. Кстати, если амперметр именно классический (магнитоэлектрический), да если еще и головка не на 100 мкА а хотя бы на 100 мА - то тем более. Или шунт у него проволочный - тоже катушка. Ну и неудачно разложенные провода к амперметру - тоже индуктивность (см. ответ А.Деражне). Правда частота выглядит не очень характерной для таких "индуктивных" проблем (точнее, для _парзитно_-индуктивны). Но частота в этом случае - лишь индикатор выполнения условия самовозбуждения. Кстати, если все ухищрения (RC цепочки в схеме) только меняют частоту, но не сам факт генерации - то это таки именно оно: изменяем частоты полюсов (ну и, возможно, их количество) -> изменяем ход ФЧХ -> изменяем частоту, на которой выполняется фазовое условие.

А почему вылазит только на больших токах? Имхо, проявляется нелинейность силового элемента - зависимость крутизны от тока стока/коллектора.

PS: И это все без упоминания банальных наводок от сильноточной цепи.

PPS: Нагрузка-то небось светодиод (вряд ли лазер)?

Dmitry, ты ещё здесь сидишь?

Четверг Октябрь 21 2004 18:35, Dmitry Fedorov wrote to All:

DF> Пробую генератор тока по стандартной схеме - однополярный ОУ DF> с питанием +5В, на выходе транзистор, в эмиттере 0.47 Ом, DF> в коллекторе - амперметр(будет нагрузка типа диода). DF> Питание транзистора 6...7В. -ОУ идет на резистор (обратная связь), DF> на +ОУ подаю 0...5В с DAC (от нуля). DF> ОУ=AD8541, транзистор - биполярный составной BDX53A или MOSFET DF> IRL3103, не важно. DF> До токов около 1.3А все работает, а выше ОУ начинает генерить DF> (нужен ток до 3.5А). И генерит при любом транзисторе (60-200 кГц DF> в зависимости от резистора последовательно с базой, наличия DF> snabber RC-цепочки и пр.).

Добавился каскад усиления, фаза набежала. Для устранения возбуждения усиление по петле ОС на частоте, соответствующей фазовому сдвигу 180°, должно быть _меньше_ единицы. Реализуется корректирующей RC-цепочкой. Достаточно типичное решение - добавить конденсатор от сотен пикофарад до сотен нанофарад между выходом и инвертирующим входом ОУ. Увеличивать номинал до устранения возбуждения, увеличить полученное значение на 50-100%, для пущей гарантии. Расплатой за устойчивость будет увеличение времени установления заданного тока на выходе...

Георгий

Hello, Vladimir! You wrote to Yuri Kopylov on Fri, 22 Oct 2004 16:42:44 +0000 (UTC):

VK> Ну и неудачно разложенные провода к амперметру - тоже индуктивность VK> (см. ответ А.Деражне).

Я не это имел в виду!! При таких токах падение на нём и проводах _может_ снизить коллекторное до насыщения - базовое-то "навстречу" растёт. А вот резистор 0.47Ом вполне _может_ оказаться проволочным... В зависимости от разводки земли падение на монтаже _может_ оказаться приложенным к питанию и/или прямому входу (через источник опорного) ОУ. Падение на резисторе + на монтаже + два перехода - а этот ОУ вытянет столько под нагрузкой?

Сплошное сослагательное наклонение...

Alexander Derazhne

Greetings, Yuri!

Посмотрел я мессагу, посланную Yuri Kopylov к Ilja Vlaskin, и решил ответить:

Ответ ушел на Email

C наилучшими пожеланиями Ilja aka ИЛ-2 (ilja_vlaskin$mail.ru)

... Я боятся отвык голубого клинка и стрелы с тетивы за четыре шага

DF> From: Yuri Kopylov snipped-for-privacy@mtu-net.ru DF> Newsgroups: fido7.ru.embedded DF> Sent: Tuesday, October 19, 2004 11:14 PM DF> Пробую генератор тока по стандартной схеме - однополярный ОУ DF> с питанием +5В, на выходе транзистор, в эмиттере 0.47 Ом, DF> в коллекторе - амперметр(будет нагрузка типа диода). DF> -ОУ идет на резистор (обратная связь),

"Стандартная схема" хороша только для изучения принципа работы генератора тока. В реальном устройстве надо добавить:

-- Резистор между выходом ОУ и базой (или затвором) выходного транзистора. Многие ОУ плохо работают на емкостную нагрузку (затвор полевика), резистор порядка 100 Ом добавит стабильности. В случае же биполярного транзистора резистор (порядка 1к) беспеспечит работу выходного каскада ОУ на линейную нагрузку; если нет этого резюка, то нагрузка на выходе ОУ примерно такая же, как если бы ему на выход включили диод. Динамическое сопротивление этой нагрузки уменьшается при увеличении выходного тока транзистора.

-- Резистор порядка 1к между эмиттером/истоком выходного транзистора и "-" входом ОУ.

-- Конденсатор не менее 100 пФ между выходом ОУ и его "-" входом. Без упомянутых выше резисторов такой кондер поможет как мертвому припарки.

Пока, Алексей

Sat, 23 Oct 2004 05:51:23 +0000 (UTC) Alex Kouznetsov wrote to Yuri Kopylov:

AK> В случае же биполярного транзистора резистор (порядка 1к) беспеспечит AK> работу выходного каскада ОУ на линейную нагрузку; если нет этого резюка, то AK> нагрузка на выходе ОУ примерно такая же, как если бы ему на выход включили AK> диод. Динамическое сопротивление этой нагрузки уменьшается при увеличении AK> выходного тока транзистора.

Это еще почему? У него что - бета падает от тока? Ведь он (транзистор) в линейном режиме.

Sat Oct 23 2004 10:08, Harry Zhurov wrote to Alex Kouznetsov:

AK>> В случае же биполярного транзистора резистор (порядка 1к) беспеспечит AK>> работу выходного каскада ОУ на линейную нагрузку; если нет этого резюка, AK>> то нагрузка на выходе ОУ примерно такая же, как если бы ему на выход AK>> включили диод. Динамическое сопротивление этой нагрузки уменьшается при AK>> увеличении выходного тока транзистора.

HZ> Это еще почему? У него что - бета падает от тока? Ведь он HZ> (транзистор) в линейном режиме.

Rэ = Фт/Iэ, где Фт = тепловой потенциал, равный 26 мВ при комнатной

Пока, Алексей

Sat, 23 Oct 2004 07:05:45 +0000 (UTC) Alex Kouznetsov wrote to Harry Zhurov:

AK>>> В случае же биполярного транзистора резистор (порядка 1к) беспеспечит AK>>> работу выходного каскада ОУ на линейную нагрузку; если нет этого резюка, AK>>> то нагрузка на выходе ОУ примерно такая же, как если бы ему на выход AK>>> включили диод. Динамическое сопротивление этой нагрузки уменьшается при AK>>> увеличении выходного тока транзистора.

HZ>> Это еще почему? У него что - бета падает от тока? Ведь он HZ>> (транзистор) в линейном режиме.

AK> Rэ = Фт/Iэ, где Фт = тепловой потенциал, равный 26 мВ при комнатной

Пардон, а в эмиттере (снаружи) резистора нету, что-ли? Там, помнится 0.47 Ома было. При бете 750 (это минимальное значение для BDX53A) вносимое этим резистором входное сопротивление будет >350 Ом. Реально должно быть значительно больше, т.к. типовое значение беты обычно заметно (где-то от полутора раз примерно) больше минимального значения. Для этого транзистора, судя по графику типовой зависимости h21 от тока коллектора, оно равно (на токе 3А) 5000. Но даже в худшем случае эта составляющая значительна. Прикинуть rэ (которую ты привел) для составного транзистора так просто не знаю как - там ведь реально их два, у каждого свое. У оконечного будет эта составляющая вообще мелкие доли Ом, у входного - где-то на уровне единиц Ом - может десяток-другой. Порядок, в общем, где-то такой. Т.ч. их суммарное сопротивление по сравнению с вносимым пренебрежимо мало, а входное сопротивление определяется внешним токозадающим и бетой. Бета, конечно, плавает от тока и от температуры, но никакой диодной зависимости там быть не должно.

Sat Oct 23 2004 13:27, Harry Zhurov wrote to Alex Kouznetsov:

AK>>>> В случае же биполярного транзистора резистор (порядка 1к) беспеспечит AK>>>> работу выходного каскада ОУ на линейную нагрузку; если нет этого AK>>>> резюка, то нагрузка на выходе ОУ примерно такая же, как если бы ему AK>>>> на выход включили диод. Динамическое сопротивление этой нагрузки AK>>>> уменьшается при увеличении выходного тока транзистора.

HZ>>> Это еще почему? У него что - бета падает от тока? Ведь он HZ>>> (транзистор) в линейном режиме.

AK>> Rэ = Фт/Iэ, где Фт = тепловой потенциал, равный 26 мВ при комнатной

HZ> Пардон, а в эмиттере (снаружи) резистора нету, что-ли? Там, помнится HZ> 0.47 Ома было. При бете 750 (это минимальное значение для BDX53A) HZ> вносимое этим резистором входное сопротивление будет >350 Ом. Реально HZ> должно быть значительно больше, т.к. типовое значение беты обычно заметно HZ> (где-то от полутора раз примерно) больше минимального значения. Для этого HZ> транзистора, судя по графику типовой зависимости h21 от тока коллектора, HZ> оно равно (на токе 3А) 5000. Hо даже в худшем случае эта составляющая HZ> значительна. Прикинуть rэ (которую ты привел) для составного транзистора HZ> так просто не знаю как - там ведь реально их два, у каждого свое.

Для простоты замени его "идеальным" обычным - с таким же коэфф. усиления, как у составного

HZ> У оконечного будет эта составляющая вообще мелкие доли Ом, у входного - HZ> где-то на уровне единиц Ом - может десяток-другой. Порядок, в общем, HZ> где-то такой. Т.ч. их суммарное сопротивление по сравнению с вносимым HZ> пренебрежимо мало, а входное сопротивление определяется внешним HZ> токозадающим и бетой. Бета, конечно, плавает от тока и от температуры, но HZ> никакой диодной зависимости там быть не должно.

При Iэ = 10 мА динамическое сопротивление эмиттера 2.6 Ом, на этм фоне сопротивление 0.47 Ом в цепи эмиттера сравнительно мало. В сумме будет 3.07 Ом, если принять h21=1000 то входное сопротивление каскада примерно 3 кОм. При токе 1А динамическое сопротивление эмиттера 0.026 Ом, в сумме с 0.47 это даст примерно 0.5 Ом. Входное сопротивление каскада упало до 500 Ом. Будешь продолжать считать его линейным? Даже без учета нелинейной зависимости усиления от тока и модуляции сопротивления базы... Резюк 0.47 Ом в эмиттере не позволит падать входному ниже какой-то границы, не более.

Пока, Алексей

Yuri, ты ещё здесь сидишь?

Пятница Октябрь 22 2004 16:46, Yuri Kopylov wrote to Ilja Vlaskin:

Hет. Hо вот как бы я сделал подобную схему:

• U оу + ┌─────────┬─────┬── + U нагрузки 1000 мк─┴─ ─┴─ │ │ ─┬─ 0,1 ─┬─ │ ├─────┐ │ │ │ ─┴─ 0,1 ─┴─ ─┴─ нагрузка │ ─┬─ │\ │ │ │ упр. ────┤ \ ─┴─ 100 * │ │ \ ┌────┐ ├─┘ │ >───────┬────┤ ├─────┘ ├─┐ ┌──o / │ └────┘ │ │ │ / │ │ │ │/ │ │ │ │ ─┴─ ││ │ │ ├───────────┤├───┘ │ │ ││ │ │ 1н * 2к2 │ │ ┌────┐ │ └─────────────────────┤ ├─────────┤ └────┘ ┌┴┐ │ │ │ │ 0,47 └┬┘ │ ─┴─

При аккуратном монтаже должно работать без проблем. Кстати, обращаю внимание, в этой схеме сигнал обратной связи на инвертирующем входе _всегда_ будет оставаться ниже напряжения питания ОУ (падение на ЗИ или БЭ). Поэтому сигнал с DAC следует ослабить делителем, или поднять +Uоу выше максимального напряжения с DAC (первый вариант проще)...

Георгий

Yuri, ты ещё здесь сидишь?

Пятница Октябрь 22 2004 16:46, Yuri Kopylov wrote to Ilja Vlaskin:

YK> не меняется. Это наводит на мысль, что дело действительно не в YK> емкостной нагрузке ОУ. И стабильно генерация начинается при токах YK> коллектора около 1.3А. Причем управляющий сигнал меняю вообще YK> статически (вручную). В рабочем режиме он будет меняться не чаще 30 YK> раз в секунду. Так что частотные свойства этого генератора тока YK> меня особенно не волнуют. Уровень выходного тока, при котором YK> начинается генерация, меняется в зависимости от нагрузки - если убрать YK> амперметр и просто закоротить коллектор на питание, то генерация YK> начинается при значительно больших токах. И почему (качественно) схема YK> начинает генерить в статическом режиме при больших токах только? YK> Казалось бы, какя разница, какой ток течет через транзистор?

Почитай в книжках по радиоэлектронике про мягкий и жёсткий режим самовозбуждения генератора и про нелинейность реальных радиодеталей.

Георгий

Sat Oct 23 2004 13:27, Harry Zhurov wrote to Alex Kouznetsov:

HZ> From: "Harry Zhurov" snipped-for-privacy@online.nsk.su>

HZ> Sat, 23 Oct 2004 07:05:45 +0000 (UTC) Alex Kouznetsov wrote to Harry HZ> Zhurov:

AK>>>> В случае же биполярного транзистора резистор (порядка 1к) беспеспечит AK>>>> работу выходного каскада ОУ на линейную нагрузку; если нет этого AK>>>> резюка, то нагрузка на выходе ОУ примерно такая же, как если бы ему AK>>>> на выход включили диод. Динамическое сопротивление этой нагрузки AK>>>> уменьшается при увеличении выходного тока транзистора.

HZ>>> Это еще почему? У него что - бета падает от тока? Ведь он HZ>>> (транзистор) в линейном режиме.

AK>> Rэ = Фт/Iэ, где Фт = тепловой потенциал, равный 26 мВ при комнатной

HZ> Пардон, а в эмиттере (снаружи) резистора нету, что-ли? Там, помнится HZ> 0.47 Ома было. При бете 750 (это минимальное значение для BDX53A) HZ> вносимое этим резистором входное сопротивление будет >350 Ом.

Вдогонку, забыл упомянуть. Ты считаешь на DC, а с повышением частоты усиление резко падает, особенно у составного. Соответственно, входное у него тоже резко падает, и ОУ имеет полное право возбудиться. Резюк надо врезать между выходом ОУ и базой чтобы ОУ не свистел.

Пока, Алексей

Привет Alex!

Saturday October 23 2004 09:51, Alex Kouznetsov wrote to Yuri Kopylov:

AK> "Стандартная схема" хороша только для изучения принципа работы генератора AK> тока. В реальном устройстве надо добавить: AK> -- Резистор между выходом ОУ и базой (или затвором) выходного транзистора. AK> Многие ОУ плохо работают на емкостную нагрузку (затвор полевика), резистор AK> порядка 100 Ом добавит стабильности.

Hе так давно в "схемах", один умник больше месяца доказывал что полевику резистор в гейте не нужен.... Он считал что если у полевика, например в стабилизаторе, на сорсе и дрейне стоят конденсаторы, то все будет тип-топ.

Так и не убедили....

Alexander Torres, 2:461/28 aka 2:461/640.28 aka 2:5020/6400.28 aka snipped-for-privacy@yahoo.com

Sat, 23 Oct 2004 11:28:23 +0000 (UTC) Alex Kouznetsov wrote to Harry Zhurov:

HZ>> Пардон, а в эмиттере (снаружи) резистора нету, что-ли? Там, помнится HZ>> 0.47 Ома было. При бете 750 (это минимальное значение для BDX53A) HZ>> вносимое этим резистором входное сопротивление будет >350 Ом.

AK> Вдогонку, забыл упомянуть. Ты считаешь на DC, а с повышением частоты AK> усиление резко падает, особенно у составного. Соответственно, входное у AK> него тоже резко падает, и ОУ имеет полное право возбудиться.

Про возбуд я, заметь, ничего не говорил. Я лишь только о "диодном" поведении транзистора.

AK> Резюк надо врезать между выходом ОУ и базой

Этим ты ОУ, конечно, разгрузишь. Но в целом динамика контура не улучшится, а только ухудшится. Т.е. полоса уменьшится и фаза еще больше съедет. Вопрос только - насколько. Усиление (общее, петлевое) надо давить за пределами полосы, другого кардинального пути не вижу.

AK> чтобы ОУ не свистел.

Фиг его знает. Может поможет, а может и нет. Конкретно смотреть надо. Вон на спайсе смоделировал, ничего не свистит. Возможно, причина как раз в том, о чем тут уже говорили - паразитные реактивности в рабочей и измерительных цепях. Пока полной картины не видно, гадать смысла нет.

Sat, 23 Oct 2004 10:02:14 +0000 (UTC) Alex Kouznetsov wrote to Harry Zhurov:

HZ>> У оконечного будет эта составляющая вообще мелкие доли Ом, у входного - HZ>> где-то на уровне единиц Ом - может десяток-другой. Порядок, в общем, HZ>> где-то такой. Т.ч. их суммарное сопротивление по сравнению с вносимым HZ>> пренебрежимо мало, а входное сопротивление определяется внешним HZ>> токозадающим и бетой. Бета, конечно, плавает от тока и от температуры, но HZ>> никакой диодной зависимости там быть не должно.

AK> При Iэ = 10 мА динамическое сопротивление эмиттера 2.6 Ом, на этм фоне AK> сопротивление 0.47 Ом в цепи эмиттера сравнительно мало. В сумме будет 3.07 AK> Ом, если принять h21=1000 то входное сопротивление каскада примерно 3 кОм. AK> При токе 1А динамическое сопротивление эмиттера 0.026 Ом, в сумме с 0.47 AK> это даст примерно 0.5 Ом. Входное сопротивление каскада упало до 500 Ом. AK> Будешь продолжать считать его линейным?

Не буду. :) Я и не говорил, что он линейный, нелинейность есть всегда, это понятно. Вопрос лишь в степени той нелинейности. Зависит она от глубины ОС. В данном случае глубина мала, нелинейность заметна. Но это не диод, согласись?! Там нелинейность, возможно, в большей степени берется от нелинейности беты (от тока).

Вот кабы ему коллектор оторвать, то это было бы совсем другое дело. А так входное сопротивление, как ты просчитал, меняется в диапазоне от 500 до 3000 ом при изменении тока нагрузки почти во всем диапазоне. Т.е. сопротивление меняется в 5 раз при изменении тока в 100 раз - не так уж и криволинейно. :) Диапазон сопротивлений вполне приемлемый для ОУ. И еще неизвестно, нужен ли весь диапазон.

Кстати, моделирование в спайсе показывает, к примеру, при токе эмиттера в

AK> Даже без учета нелинейной зависимости усиления от тока и модуляции AK> сопротивления базы...

Это копейки. Эдак еще эффект Эрли надо не забыть. И эффект Миллера. Только они тут вряд ли влияют.

AK> Резюк 0.47 Ом в эмиттере не позволит падать входному ниже какой-то границы, AK> не более.

Не только. Он очень спрямляет "диодную" экспоненту. В общем, я понял, что ты имел в виду, вопросов больше не имею.