Nieliniowe zachowanie źródła prądowego przy dużych prądach - diagnoza układu

Thu Sep 25, 2008 3:23 am   

Witam!
Buduję właśnie źródło prądowe na duże prądy. Mam jednak problem,
ponieważ układ zachowuje się hmm.. dosyć "nieliniowo". Schemat jak i
wykres poniżej:
http://www.mos.pwr.wroc.pl/obrazki/schemat_zr_pr.gif

W pierwszym podejściu pomyślałem, że zastosowany wzmacniacz ma za małe
wzmocnienie (docelowo miał to być TL074). To chyba jednak nie jest
przyczyna.

Obciążany jest zasilacz impulsowy, który pod obciążeniem ma duże
tętnienia - czy może to być źródło problemu?

Pozdrawiam
Arek

Thu Sep 25, 2008 7:10 am   

On 25 Wrz, 02:23, zielonetechnolo...@gmail.com wrote:

Mi to wygląda na jakieś wzbudzenie, zwłaszcza że z różnymi
wzmacniaczami zachowuje się różnie, bo różne są parametry dynamiczne
wzmacniaczy.
Wzmacniacz, jak i cały ten układ jest dużo "szybszy" od zasilacza, tak
że powinien sobie poradzić z tętnieniami o częstotliwości nawet rzędu
dziesiątek kHz.
Przerabiałem podobny przypadek, wzbudzało się, gdy przewody były za
długie (źródło prądowe + indukcyjność = kłopoty).
Rozwiązaniem problemu było wprowadzenie kompensacji
częstotliwościowej. Ma te też swój negatywny skutek - obniżenie
wzmocnienia dla wyższych częstotliwości, a co za tym idzie,
ograniczenie pasma przenoszenia.
U Ciebie po części rolę obwodu kompensacji spełnia R2, C i R, ale
obawiam się że to za mało.
Osobiście zrobiłbym (i zresztą zrobiłem) tak:
Kondensator przez szeregowy rezystor z wyjścia wzmacniacza (przed R2)
do wejścia "-", sygnał z rezystora pomiarowego przez rezystor
szeregowy też do wejścia "-".
Układ jest nieliniowy (MOSFET), co nieco (tylko "nieco") komplikuje
analizę małosygnałową, można by zbadać w kilku punktach (dla różnych
wartości składowej stałej na wejściu V_REF), przyjąć najgorszy
przypadek (+ margines bezpieczeństwa, na przykład dodatkowe
indukcyjności przewodów) i dla niego dobrać elementy kompensacji.

Thu Sep 25, 2008 11:29 am   

Oscyloskop do ręki i wsszystko jasne!


Wzmacniacz jest prawie OK, o ile sprawny. Chociaż patrząc na wykres
raczej masz ochotę na OPA typu Rail-to-Rail.


Jeżeli bardzo duże tętnienia to tak. OScyloskop wykarze m.in. również to.
Na poczętku układ uruchamiaj ze źródla napięcia którego jesteś pewny.

Weź rady shogoonna pod rozwagę pamiętając, że do wzbudzenia się układu
potrzebne jest sprzężenie DODATNIE a w układzie masz ujemne.

Jak prezentujesz wykres, to oznaczaj osie. Obydwie!
K.

Thu Sep 25, 2008 9:26 pm   

Użytkownik zielonetechnologie@gmail.com napisał:

Jeśli mógłbym coś zaproponować, to: kondensator podłącz bezpośrednio
między wyjściem wzmacniacza i wejściem odwracającym (przed, a nie za
rezystorem 100om). Pomiędzy wejściem odwracającym, a rezystorem
pomiarowym wstaw chociaż kilkusetomowy rezystor.

Pozdrawiam
Grzegorz

Thu Sep 25, 2008 9:50 pm   

P.S. Jak jest zasilany ten wzmacniacz operacyjny ?

Fri Sep 26, 2008 4:32 am   

Zastosowałem się do rad Shogoonn-a i układ zaczął poprawnie pracować!
W moim stosunkowo skromnym doświadczeniu ze wzmacniaczami nie
natknąłem się do tej pory na taki problem, stąd nawet nie przyszło mi
do głowy aby w tym kierunku szukać rozwiązania. Cóż, w elektronice nie
ma magii - czasem po prostu brakuje wiedzy lub doświadczenia.

Ostatecznie źródło wygląda tak: http://www.mos.pwr.wroc.pl/obrazki/schemat_zr_pr2.gif
Propozycja Grzegorza sprowadza się do podobnego rozwiązania.


W tym przypadku nie było mowy o takim zjawisku, choć rezystor jest
przykręcony do tego samego radiatora co tranzystor i jest narażony na
wysoką temperaturę. Mój układ zachowywał się tak nawet "na zimno",
zresztą objawiało by się to inaczej. Typowe rezystory mocy mają
dodatni współczynnik temperaturowy na poziomie 50ppm (dane
producenta). Przy prądzie np. 10A i przy podgrzaniu rezystora nawet do
100st.C (oraz przy prawidłowo działającym źródle ) to płynący prąd
nie powinien być mniejszy od "ustawionego" o więcej niż kilka mA.

Dziękuję bardzo za udzieloną pomoc.
pozdrawiam
Arek

Fri Sep 26, 2008 7:55 am   

On 26 Wrz, 03:32, zielonetechnolo...@gmail.com wrote:

niepotrzebnie zmniejszając pasmo przenoszenia obwodu z tranzystorem.
Objęcie pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego takiego układu z inercją
powoduje że układ zbliża się do warunków niestabilnej pracy.
R2 też nie jest konieczny, wzmacniacz nie ma na tyle dużej wydajności
prądowej, aby mógł zostać przekroczony dopuszczalny prąd bramki, a i w
samym układzie nie występują nagłe skoki napięcia (przełączanie), co
zresztą po części gwarantuje ten obwód kompensacji, więc i wyjście
wzmacniacza nie zostanie przeciążone.
Jeżeli elementy te miały pełnić rolę filtra dolnoprzepustowego, to
należało by je umieścić na wejściu Vref, po części rolę takiego filtra
spełnia również kompensacja, ale to tak tylko trochę, do filtrowania
PWM się niespecjalnie nadaje.

Fri Sep 26, 2008 3:22 pm   

Użytkownik <shogoonn@gmail.com> napisał w wiadomości
news:ab521ea1-fc96-4935-8a7e-26a473903740@59g2000hsb.googlegroups.com...
On 26 Wrz, 03:32, zielonetechnolo...@gmail.com wrote:


R2 _jest_ konieczny, chociaż nie z tych przyczyn, o których piszesz.

e.

Fri Sep 26, 2008 7:09 pm   

Użytkownik <shogoonn@gmail.com> napisał w wiadomości
news:4a870ef6-1b8d-4bca-a4d3-ea8cdaf17397@p25g2000hsf.googlegroups.com...


Czysto pojemnościowe obciążenie wzmacniacza operacyjnego często powoduje
niestabilność. Małosygnałowo można to uznać za biegun Rout*CL wprowadzony
idealnie tam, gdzie nie trzeba. Patrz np:
http://www.analogzone.com/acqt0704.pdf

e.

Fri Sep 26, 2008 7:52 pm   

On 26 Wrz, 16:22, "entroper" <entro...@CWD.spamerom.poczta.onet.pl>
wrote:

A no tak, masz rację. Na pewno jego będzie przeszkadzać w pracy
obwodowi kompensacji, ale czy coś jeszcze?, bo nic więcej nie
wymyśliłem, a jestem ciekaw.

Sat Sep 27, 2008 5:04 pm   

On 26 Wrz, 20:09, "entroper" <entro...@CWD.spamerom.poczta.onet.pl>
wrote:

No to tą okoliczność załatwia kompensacja. Z rym rezystorem też będzie
biegun i to jeszcze na niższej częstotliwości, czyli gorzej dla całej
pętli, ale z drugiej strony, mniejszy będzie wpływ pojemności
wejściowej tranzystora na pętlę kompensacji i bardziej prawdopodobne,
że nie będzie trzeba jej uwzględniać, przy projektowaniu pętli.

Sun Sep 28, 2008 11:13 am   

Użytkownik <shogoonn@gmail.com> napisał w wiadomości
news:e5bd3a48-8b34-4816-803f-3e268b07eed2@a1g2000hsb.googlegroups.com...


Solidny MOSFET na wyjściu operacyjnego daje mnóstwo niepożądanych efektów ze
względu na efekt Millera. Opornik szeregowy większy niż 50 Om łagodzi te
problemy

Mon Sep 29, 2008 1:44 am   

Po usunięciu R2 i C1 (http://www.mos.pwr.wroc.pl/obrazki/
schemat_zr_pr2.gif), charakterystyka rozjechała się. Kondensator
faktycznie był zbędny, ale przywróciłem R2. Tylko że przy
wcześniejszej wartości 510ohm, charakterystyka wciąż odbiegała od
"prostej". Wtedy pomyślałem że przecież pojemność bramki takiego
MOSFETa jest rzędu nanofarada, a ja usunąłem dodatkowy rezystor C1 o
wartości 1nF. Dlatego po prostu zwiększyłem R2 do 1k i wszystko
gra.
W docelowym układzie dałem wzmacniacz LM833, który ma trochę lepsze
parametry od TL07x (podobna cena).

Mon Sep 29, 2008 3:19 pm   

Użytkownik <shogoonn@gmail.com> napisał w wiadomości
news:e5bd3a48-8b34-4816-803f-3e268b07eed2@a1g2000hsb.googlegroups.com...


Niezupełnie tak jest. Bez rezystora w kompensacji samego wzmacniacza
pojawiają się dwa bieguny na niskich f (Rout to rezystancja wyjściowa
wzmacniacza) - obydwa razem objęte kompensacją zewnętrzną, która w takiej
sytuacji wymaga zera. Z rezystorem masz wprawdzie biegun w zewnętrznej
pętli, ale z punktu widzenia kompensacji samego wzmacniacza masz parę
biegun-zero, która przy odpowiednio dużym R (np. 100ohm) znosi się
wzajemnie. Czyli zamiast wrednego układu dwubiegunowego, wymagającego
ingerencji w obwodzie kompensacji wzmacniacza masz układ dwubiegunowy, z
jednym biegunem nisko i jednym tam, gdzie sobie go ustawisz. Czujesz różnicę
?
Oczywiście to tylko analiza małosygnałowa. Obciążania wzmacniacza
kondensatorem to głupi pomysł jeszcze z tego względu, że wzmacniacz zwykle
nie wyrabia go przeładowywać. Zresztą, zbuduj sobie taki układ, daj z 10nF
na wyjście wzmacniacza i pochwal się efektami.

e.

Tue Sep 30, 2008 4:19 am   

On 29 Wrz, 16:19, "entroper" <entro...@CWD.spamerom.poczta.onet.pl>
wrote:

Ano, ale czy ten drugi biegun (czy też biegun+zero) w pętli
kompensacji wzmacniacza się pojawi, czy nie, to już od samego
wzmacniacza zależy. Będzie tak, jeżeli kompensacja wewnętrzna jest
pociągnięta od wyjścia, a większość ma kompensację zrobioną gdzieś na
pośrednich stopniach i w tym wypadku podłączenie czegokolwiek do
wyjścia nie ma wpływu na wewnętrzną pętlę kompensacji wzmacniacza.