为什么该运算放大器无法正常工作?


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我正在研究可调电流源。前段时间讨论了各种电路:

用于LED灯串的简单可调电流源

...但是由于我已经确定了一个选项,并且它无法正常工作,因此我正在启动一个新线程来关注我的难题。

这是电路:

在此处输入图片说明

电阻分压器(30K电阻器和电位计)在“置位”时提供参考电压(v1的直流扫描仅使罐轴旋转)。运算放大器应进行伺服“门控”,以使“感测”等于“设定”,因此流过负载“ Rload”的电流(以毫安为单位)等于“设定”的电压(以毫伏为单位)。就那么简单。

为“设置”电路供电的12v电源和运算放大器是由24v电源供电的7812。mosfet实际上是FQP10N20C(相当强大的电源nfet)。

我已经使用LTspice进行了模拟,并且其行为符合我的预期。但是在面包板上,随着“设置”从0增加到大约400mV,“检测”轨迹越来越难以“设置”。有一次我看到“设置”为257mV,但“检测”只有226mV。因此只有226mA流过Rload和R1。“门”为3.53V,“下降”为11.7V。如果只是隔离地检查运算放大器,似乎应该将“栅极”驱动得更高(直到大概在某个时候,足够的电流流过,“检测”等于257mV)。

该运算放大器旨在与单端电源一起使用,并且应该能够轻松地将其输出驱动至3.53V以上(电源电压为12V)。FET的栅极不应吸收任何电流(已用电表验证)。

我很沮丧

运算放大器(LT1006)的数据表


您是否有示波器图(或在运算放大器输入或FET栅极上进行交流测量)?这是可能的有低电平振荡由于栅极电容。
彼得·史密斯

作为对付@PeterSmith提到的那些振荡的安全措施,请尝试在门上串联一个电阻。尝试在100Ohm-1kOhm之间的值。
Lorenzo Donati-Codidact.org

顺便说一下,我检查了FDP18N50数据表:其Vgs阈值电压在3V至5V之间,而且LT1006不是轨到轨输出运算放大器,因此其输出不能达到6V的正轨。当以5V供电时,它声称最大约4.4V),因此您可以期望输出最大约5.5V,如果您的Vgs(th)接近5V,则可能不足以充分驱动MOSFET。尝试增加运算放大器的电源,看是否会变好,或者尝试使用最大Vgs(th)较低的mosfet。
Lorenzo Donati-Codidact.org

查看数据表中的LT1006的原理图(我是一名IC设计人员,我喜欢这些原理图:-))我认为它更喜欢在输出端具有一个接地电阻负载。我建议在运算放大器的输出和接地之间连接一个1 kohm的电阻,这可能有助于将输出保持在正确的电压。仿真模型可能没有考虑这种影响,因此不需要电阻。
Bimpelrekkie

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根据@FakeMoustache的评论,LT仿真模型(包括所有制造商)都是折衷方案,但LT已记录了折衷方案是什么:linear.com/docs/4139
Peter Smith,

Answers:


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问题显然是运算放大器的输出存在某种振荡。在“门”节点上放置一个10uF电容器或多或少地解决了这个问题,但是在运算放大器输出和FET门之间放置一个1K电阻并没有多大帮助。我现在看到,在整个电流调节范围(现在为0至300ma)和一个电压(驱动该电流通过负载)之间,“感测”与“设定”之间的差异不超过约7mv。 。


通过在运算放大器的输出上添加一个大(!)10uF,您可以增加相位裕度,从而停止振荡。
le_top

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我现在才刚刚看到这个问题,而您的回答是运算放大器正在振荡。根据示意图和症状,这是我的第一个猜测。

但是,我不喜欢您修复它的方式。在这种情况下,在月相的这个温度下,现在可以简单地在运算放大器的输出上加载很多电容。它可能不适用于来自不同批次或将来批次的相同型号的运算放大器。

更好的解决方案是在电流检测电阻器的顶部与运算放大器的负输入之间的反馈路径中加一点电阻。然后,直接在运算放大器输出到负输入之间添加一个小的补偿电容器。该电容立即提供负交流反馈,以保持放大器稳定。电阻器提高了信号的阻抗,因此电容可以发挥某些作用,而不必为其他考虑而过大。尝试1kΩ,也许100 pF。如果响应时间不需要太快,并且您想提高稳定性,可以使用更大的电容器。

添加

我以前没有看过运算放大器的数据表,只是回答了一个普通的运算放大器。LT1006已针对非常低的失调电压和低功率进行了优化。这意味着在其他领域做出了妥协。其中之一显然是稳定性。数据手册确实显示了用作单位增益电压跟随器的放大器,因此它显然是单位增益稳定的。

但是,请仔细查看第11页上的典型应用原理图。请注意,其中一个与680 nF的补偿电容器串联时为1kΩ,而另一个与330 nF的补偿电容器串联时为2kΩ。这意味着我对高于1kΩ和100 pF的猜测太少了。尝试更像他们使用的组合。由于您已经具有1kΩ的串联电阻,因此请在运算放大器输出和负输入之间直接尝试1 µF。

您需要做的另一件事实际上是查看随时间变化的信号,而不是其平均电压。在上面放一个示波器,看看到底发生了什么。


是的,即使7MV差异也告诉我有问题。我用一个1kΩ电阻替换了从R1到运算放大器负输入的导线,并在运算放大器的输出和负输入之间增加了一个1000pf的电容。但是,如果运算放大器的输出上没有该电容器,我会发现高达20mv左右的差异(运算放大器的输入之间)。有了这个上限,相加的分量(1kΩ和1000pf)不会减小差异(当然,正如您所建议的那样,它们当然会使电路更坚固)。
RustyShackleford

一些奇怪的发现...如果我将电路连接到它的应用-一系列的LED指示灯,而不是我一直在测试的50Ω电位器-运算放大器输入之间的差异变为0。这是所有3个组件(提到的)在之前的评论中)。但是,如果我取下运算放大器输出的上限,事情就会发疯:运算放大器输出达到5 + v,电流达到700-800ma(因此,运算放大器的负输入为700mv,即使正输入为200mv或者)。我需要掌握一些非常不稳定的行为;可以肯定的一件事:没有阻尼就很难过。
RustyShackleford

感谢您提供其他信息,@ Olin。他们的一个应用程序(在同一页面上)在运算放大器输出上还具有一个简单的RC低通滤波器。我昨晚尝试了一下,看起来效果很好。
RustyShackleford

我需要尝试选择一个更合适的运算放大器。我主要是在寻找一种允许单端供电的产品。
RustyShackleford

我想知道是否有一个很好的方法来模拟LTspice中的这种不稳定性?我有实际的LT1006模型(不是通用运算放大器)。也许电容耦合到噪声信号中,从而扫频其频率?
RustyShackleford

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我最近中断了工作,回到了这个项目,继续对运算放大器的稳定性感到困扰。但是,我发现有一个解决这个问题的简单方法,那就是线性稳压器LT3080。它实质上集成了我原始电路的运算放大器和功率晶体管,并且在我的测试中似乎非常稳定。

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

我的新电路实质上是数据表第17页上标题为“低压差LED驱动器”的图中所示的电路。但是,我没有在SET引脚到GND上放置一个固定电阻,而是将可变电压驱动到SET引脚(也可以使用可变电阻,但是电压对我的应用更好)。电压信号只需要能够吸收内部电流源的10ua。

它像一种魅力。

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