LT Spice sagt keine Instabilität voraus

Ich versuche, einen Linearregler mit einem Operationsverstärker und einem Durchgangstransistor herzustellen.

Hier ist die Schaltung:

Schaltkreis

Nach meinem begrenzten Verständnis können Sie die Stabilität der Rückkopplungsschleife der Schaltung vorhersagen, indem Sie die Schleifenverstärkung betrachten. Durch Auftragen von V (fb) / V (in) wurde mir gesagt, dass die Schaltung einen Phasenspielraum von ~ 75 Grad und einen Verstärkungsspielraum von ~ 25 dB hat.

Beim Testen auf einem Steckbrett oszilliert der Ausgang jedoch bei etwa 7 kHz bei 100 mV pp. Ich kann die Frequenz dieser Oszillation verringern, indem ich R5 erhöhe. Ich kann die Amplitude auch auf nichts reduzieren, indem ich C2 auf 68 nF erhöhe (obwohl ich dies vermeiden möchte, um die Reaktionszeit gering zu halten). Die Frage ist: Was verursacht die Diskrepanz zwischen LT-Spice und Realität?

Bode-Plot:

Bode-Plot:

Scope-Trace:

Scope-Trace:

Laden Sie die Bilder auf imgur hoch und geben Sie Links an. Jemand wird sie in Ihre Frage bearbeiten. Sie haben im Moment nicht genug Repräsentanten, um es selbst zu tun.
Welche echte Last hast du verwendet? Welche Länge Stromkabel? Welche Eingangsspannung? Haben Sie bedacht, dass eine echte Eingangsversorgung echte Entkopplungskondensatoren benötigt? Haben Sie jemals einen praktischen Spannungsregler-Chip gesehen, der keinen Eingangskondensator hat?
Hat diese Schaltung eine Totzone in der Ausgangssteuerung? Wenn dies der Fall ist, ist der Phasenabstand für die Analyse nicht sehr sinnvoll. Versuchen Sie, die transiente Reaktion auf einen Sprung in der Ausgangslast und einen Sprung in der Eingangsspannung zu simulieren.
Ich würde damit beginnen, die Schaltung auf einer richtigen Platine statt auf einem Steckbrett zu bauen, da der Parasit dieser Platine Ihre Schleifenantwort überall hin verschieben wird.
@SpehroPefhany Ich habe jetzt die Plot- und Scope-Trace hinzugefügt. Was meinst du mit Totzone? Ich habe einen Sweep der Eingabe simuliert und die Ausgabe gezeichnet, und sie scheint vollständig linear zu sein, aber ich bin mir nicht sicher, ob Sie sich darauf beziehen. Bearbeiten: Ich habe einige Schrittantwortsimulationen durchgeführt und es scheinen keine Knicke in den steigenden / fallenden Flanken zu sein
Ich werde nicht versuchen, es in meinem Kopf zu analysieren, aber es sieht so aus, als müsste der Ausgang des Operationsverstärkers möglicherweise erheblich springen, um vom Laden zum Entladen des MOSFET-Gates zu gelangen. Das ist wie eine Totzeit in der Antwort und wird wahrscheinlich Oszillationen verursachen. Es ist keine lineare Schaltung mehr, also gibt LTspice Ihnen Bode-Plots, aber sie bedeuten nicht viel.
@Andyaka Keine Last, Strom kommt von einem 19-V-Laptop-Ladegerät mit vielen Entkopplungskappen an den Stromschienen des Steckbretts und an der Versorgung der Operationsverstärker.
@SpehroPefhany Gibt es eine einfache Möglichkeit, dies zu lösen? Ich dachte, ich hätte das Problem gelöst, das Gate mit dem Puffer nach dem Operationsverstärker aufzuladen
@Damo Ich bin nicht überzeugt, dass Sie den Puffer mit C2 & R3 + R1 | | R2 benötigen. Für einen gewissen Wert von C2 sowieso. Aber wenn Sie einen Puffer haben, sollte er voreingenommen sein, damit es keine Totzone, Crossover-Verzerrung oder wie auch immer Sie es nennen möchten, gibt. Nur ein Gate-zu-Source-Widerstand würde wahrscheinlich sehr helfen.
Das No-Load-Szenario ist viel schwieriger zu stabilisieren als die „On-Load“-Situation. Haben Sie die Leerlaufstabilitätsspanne simuliert? Ich gehe davon aus, dass R5 die Last ist.
@Andyaka R5 soll als eine Art Mindestlast fungieren, daher wurden alle Simulationen nur mit 800 Ohm durchgeführt.
@SpehroPefhany Ich habe gerade 4,7 k zwischen Gate und Source hinzugefügt und die Oszillation ist vollständig verschwunden. Ich habe nicht bemerkt, dass die Push-Pull-Stufe diese Art von Verzerrung einführt. Ich hatte irgendwie eine Idee zu diesem Problem, weshalb ich R13 hinzugefügt habe, aber im Nachhinein ist das jetzt der völlig falsche Ort, um den Pulldown zu platzieren. Wie würden Sie die Dimensionierung dieses Gate-Source-Widerstands empfehlen? Irgendwelche weiteren Tipps, um die Totzone in dieser Konfiguration zu reduzieren?
Wurde der eigentliche Test mit einer 800-Ohm-Last durchgeführt?
Die Basen Ihres Laufwerks Q1 und Q2 sind stark asymmetrisch ... Zieht als 68 kOhm nach oben und als Ausgangslaufwerk des Operationsverstärkers nach unten. Ich würde versuchen, dies zu verbessern, ich glaube, D1 ist für eine vorgesehene Stromschleife da, aber ich würde lieber eine andere Lösung finden.
@Andyaka Der eigentliche Test wurde mit der 800-Ohm-Last durchgeführt. Das Ändern dieser Last änderte nur die Frequenz der Schwingung, aber nicht die Amplitude
@carloc Du hast Recht, der aktuelle Regelkreis ist derzeit auf dem Steckbrett implementiert und funktioniert gut, soweit ich das beurteilen kann. Ich bin mir nicht sicher, was mit dem asymmetrischen Basislaufwerk in einer solchen Konfiguration getan werden kann, irgendwelche Vorschläge?

Antworten (1)

Das Problem ist, dass Sie Ihr System nicht genau modelliert haben. Das Simulieren von Schaltungen funktioniert, solange das physikalische System korrekt modelliert wird.

Die Frage ist: Was verursacht die Diskrepanz zwischen LT-Spice und Realität?

Die Antwort ist wahrscheinlich Parasiten, Drähte, Steckbretter und Lötmittel haben alle parasitäre Widerstände und Induktivitäten. Es gibt auch eine parasitäre Kapazität zwischen zwei beliebigen Metallpunkten. Das Problem mit SPICE ist, dass die Knoten alle supraleitend sind, es gibt keine Induktivität oder Widerstand zwischen den Knoten.

Wenn Sie dies auf einem Steckbrett gebaut haben, ist das Erdungssystem möglicherweise unzureichend. Die Masseebene auf einer Leiterplatte verleiht allen Spuren eine kleine Kapazität und verringert auch die Induktivität.

Ein 8-Zoll-Überbrückungskabel hat einen Widerstand von ungefähr 0,140 mΩ und eine Induktivität von 0,180 uH (gemessen mit einem LCR-Messgerät).

Ein Steckbrett hat ungefähr 2-4 pF Kapazität zwischen zwei Reihen. Mit 4-Zoll-Drahtleitungen springt die Kapazität auf 10 pF

Drähte können einer Schaltung auch Induktivität hinzufügen, Sie können die Induktivität mit einem Taschenrechner abschätzen . Breadboards eignen sich nicht gut für das Prototyping . Wenn Sie die Hauptinduktivitätsquellen hinzufügen, sollte das Modell der physikalischen Welt entsprechen. Manchmal kann es auch ein schlechtes Modell sein, wenn dies vermutet wird, können Sie das Modell in Spice testen und die Ergebnisse mit dem Datenblatt vergleichen, um Diskrepanzen zu finden

LT Spice sagt keine Instabilität voraus
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