MOSFET - OPAMP-Schaltung

Ich habe nach einer spannungsgesteuerten Stromquelle gesucht, siehe hier , und bin auf diese Schaltung mit Beschreibung hier gestoßen :

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Jetzt habe ich Schwierigkeiten herauszufinden, wie das funktioniert - ich habe ein Modell der Schaltung in SPICE erstellt und bin völlig verwirrt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn ich die Gate-Spannung messe, werden 297 KV angezeigt! - Wie um alles in der Welt kann es so viel Gewinn haben. Ich bekomme den Strom wie vorhergesagt durch den Last- und Messwiderstand. Aber wenn ich ein allgemeines Operationsverstärkermodell mit angemessenen Versorgungsspannungen (5 V und Gnd) für den Operationsverstärker verwende. Ich bekomme den Ausgangsstrom in uA.

Mir fehlt hier etwas. Was mache ich falsch?

Das habe ich auch bei ähnlichen Schaltungen festgestellt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke, was ich wirklich frage, ist, wie die Dinge funktionieren, wenn MOSFET in das Operationsverstärker-Feedback geworfen wird.

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Ich habe es geschafft, mit der neuen Schaltung den erwarteten Ausgangsstrom zu erhalten -

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Versuchen Sie, ein N-Kanal-MOSFET-Modell für M1 im LTSpice-Schaltplan auszuwählen.
M1 ist bereits ein N-Kanal-MOSFET
Was ist, wenn Sie versuchen, die Schaltung anstelle einer Simulation zu bauen und zu messen? :)
Sie erhalten 297 kV, weil Sie einen idealen Operationsverstärker verwenden. Wenn Sie einen praktischen Operationsverstärker verwenden, wird das Gate auf (fast) positive Versorgungsspannung gesättigt.

Antworten (3)

Es gibt ein paar Dinge:

Wie Dave erwähnt, stellen Sie den Strom höher ein, als die Versorgung liefern kann, daher wird die Spannung an R1 niemals 3,7 V erreichen. Stellen Sie also die Spannung niedriger ein oder erhöhen Sie den eingestellten Widerstand.

Noch ein paar Dinge zu SPICE:

  • Sie verwenden das grundlegende ideale Operationsverstärkermodell, daher ignoriert es die Versorgungsspannung und treibt so hoch wie möglich (z. B. 297 kV, wenn dies für 3,7 V am invertierenden Eingang erforderlich ist. Es könnte unendlich sein, wenn es 3,7 V nicht erreichen kann bei jeder Spannung, nur begrenzt durch den FP-Bereich in SPICE) Ein besseres Modell ist "Universal Opamp 2" (mit diesem können Sie verschiedene Parameter wie Verstärkung, Bandbreite usw. einstellen), oder Sie können einen der vielen LT verwenden Operationsverstärker. Diese würden tun, was im wirklichen Leben passieren würde, einfach die Versorgungsschiene treffen.
  • Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den MOSFET und wählen Sie ein reales Modell aus der Liste aus. Ansonsten verwenden Sie wieder das Grundmodell. Darauf bezog sich @Abdullah.

EDIT - hier ist eine Beispielschaltung:

Schaltkreis

Simulation mit von 0 auf 5 V gesweeptem Eingang:

Simulation

Gemäß Ihrer Empfehlung und der von Dave habe ich den v1 auf 15 V geändert und den "Universal opamp 2" mit einer Versorgung von +/- 15 V verwendet. Der Satz- und der Lastwiderstand sind jetzt jeweils 1 Ohm. Ich habe Steuerspannungen von 2 V und 5 V ausprobiert. In beiden Fällen sollte ein Strom von 2 A und ein Strom von 5 A den Abfall über R1 (in LTSPICE) 2 V bzw. 5 V verursachen, was weniger als 15/2 = 7,5 V ist. Und dennoch sättigt der Ausgang auf 15 V (Schienen) und ich bekomme nicht den erwarteten Strom.
Okay, warten Sie eine Minute, ich werde eine beispielhafte LTSpice-Schaltung posten.
Ich habe es zum Laufen gebracht (glaube ich) und meinen Beitrag bearbeitet. Aber ich bin mir nicht sicher, ob es eine gute Idee ist, 1 Ohm sowohl für Last als auch für Rset zu haben. Es scheint, als würde viel Strom auf Rset verschwendet, das ich als Messwiderstand verwenden werde.
Ich habe gerade nachgesehen, ohne ein geeignetes Modell für den MOSFET zu verwenden, und es wird nicht richtig simuliert (es ist gesättigt), also ist das wahrscheinlich Ihr Problem. Wenn Sie weniger Verlustleistung im Rset-Widerstand wünschen, reduzieren Sie ihn und Ihre eingestellte Spannung nach Bedarf (verwenden Sie z. B. 100 mOhm und 0 - 500 mV für 0 - 5 A oder weniger). Normalerweise ist der Messwiderstand so niedrig wie möglich, Sie möchten im wirklichen Leben sicherlich keinen 1-Ohm-Widerstand mit 5 A verwenden.
Übrigens - wenn Sie die Alt-Taste gedrückt halten und auf eine Komponente klicken, können Sie deren Verlustleistung darstellen.
oh wow wusste das nicht - das ist ein netter Trick zur Verlustleistung.

Das Problem bei Ihrer Simulation besteht darin, dass Sie den Strom durch die Last auf 4,17 A (5 V / (1 Ω + 0,2 Ω)) begrenzt haben, aber die Stromquelle auffordern, 18,5 A (3,7 V / 0,2 Ω) zu ziehen. Da ihm das nie gelingen wird, fährt der Simulator das Tor bei dem Versuch willkürlich hoch.

Sie müssen lediglich selbstkonsistente Werte für die Komponenten und Quellen in der Simulation auswählen.

Danke! Ich habe V1 auf 15 geändert, damit den Strom begrenzt und den Lastwiderstand und R1 in LTSPICE auf jeweils 1 Ohm geändert. Die Stromgrenze sollte also 15 V/2 = 7,5 A betragen. Ich lege die Steuerspannung von 2 V an, sodass der gezogene Strom 2 A (2 V / 1 Ohm) betragen sollte, was weniger als 7,5 A ist. Die Ausgabe explodiert immer noch.

R1, R2 und C1 können für ein erstes Verständnis der Schaltung ignoriert werden. Sie halten den Operationsverstärker stabil, indem sie die Hochfrequenzverstärkung verringern, aber mit idealen Komponenten wären sie nicht notwendig.

Die Spannung am invertierenden Eingang ist gleich dem Spannungsabfall über R3. Da der Gate-Strom von Q1 vernachlässigbar ist und R3 und die Last in Reihe geschaltet sind und daher gleiche Ströme haben müssen, steuern wir den Strom in der Last, wenn wir den Spannungsabfall über R3 steuern können.

Wenn der Strom zu niedrig ist, ist der Spannungsabfall über R3 zu niedrig und der invertierende Eingang ist kleiner als der nichtinvertierende Eingang. Der Operationsverstärker erhöht seine Ausgangsspannung, erhöht die Gate-Spannung von Q1 und lässt mehr Strom zur Last.

Wenn der Strom zu hoch ist, ist der Spannungsabfall über R3 zu hoch und der invertierende Eingang ist größer als der nicht invertierende Eingang. Der Operationsverstärker verringert seine Ausgangsspannung, wodurch die Gate-Spannung von Q1 verringert wird, wodurch weniger Strom zur Last fließt.

Ein Om-Amp mit negativer Rückkopplung versucht, seine Eingänge über den Rückkopplungspfad gleich zu machen.

Hinweis für OP: Um es klar zu sagen, verwendet Phil die Bezeichner aus der Protel-Schaltung. In der LTSpice-Schaltung kann R1 definitiv nicht ignoriert werden. Es wäre sehr hilfreich, die Bezeichner zwischen Ihren Zeichnungen konsistent zu halten.
Danke, ja, das ist mir gleich nach dem Posten aufgefallen. @Phil, als Sie sagten: "Die Spannung am nichtinvertierenden Eingang ist gleich dem Spannungsabfall über R3." Sie meinten den invertierenden (-) Eingang, oder? weil der nicht invertierende Eingang (+) die Steuerspannung ist.
@EnderWiggins ja, das wollte ich wahrscheinlich schreiben, obwohl beide Aussagen wahr sind, da beide Eingänge gleich sind, solange sich der Operationsverstärker in seinem regulären Betriebsbereich befindet.
MOSFET - OPAMP-Schaltung
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