MOSFET-Oszillation mit Gate-Widerstand

Ich versuche, mit einem LM324 und einem BUZ70 einen Strompuffer für hohe Ströme herzustellen. Das ist die Schaltung:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich habe festgestellt, dass diese Schaltung beginnt, eine kleine Schwingung (mindestens 100-mal höher als die Vs-Frequenz) zu haben, die sich mit der Gate-Spannung überlappt, wenn ein Gate-Widerstand von etwa 10 kOhm verwendet wird. Durch Entfernen dieses Widerstands wird die Schwingung entfernt.

Nur der Vollständigkeit halber ist auch ein Miller-Effekt ersichtlich, bei dem die Anfangsrampe vor dem Miller-Plateau vergrößert wird, wenn ein Gate-Widerstand von 10K verwendet wird, und dies sollte kohärent sein.

Die Oszillation verschwindet auch, wenn die LED mit 5 V versorgt wird.

Wenn Vs eine Gleichspannung ist, findet auch die Oszillation statt, was zeigt, dass es sich NICHT um ein vorübergehendes Klingeln handelt.

Es ist eine Steckschaltung, aber auf jeden Fall denke ich, dass ich einen sehr kleinen Phasenspielraum habe, aber diese Schaltungen sollten eine sehr große Bandbreite haben.

Irgendeine Meinung?

Bearbeiten: Wenn die LED eingeschaltet ist, ist ein Bruchteil dieser Schwingung in V_Power vorhanden. Ich kann dies lösen, indem ich hier und da eine Kappe setze und keinen hohen Gate-Widerstand verwende, aber ich würde lieber verstehen, warum, wenn es möglich ist.

edit1: Wie in den Kommentaren angegeben, brauche ich eine Kompensation, wenn der Quellenwiderstand weniger als 50 Ohm beträgt. Ich verstehe nicht, weil die Modellierung des Systems mit dieser Schaltung:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Ich erhalte

v Ö u T = R S G M 1 + R S G M 1 − S z 1 1 − S P 1 v Ö A = k v Ö A

mit

z 1 = − G M C G S
P 1 = − 1 C G S R S 1 + G M R S

und dies hat keinen Einfluss auf die Stabilität des Operationsverstärkers, der ein LM324 mit begrenztem Band ist. Das verwendete Cgs ist das mitgelieferte Ciss, das gm = 2 (wegen des jetzt verwendeten begrenzten Stroms, siehe Datenblatt von BUZ70).

Tatsächlich hat diese MOSFET-Stufe die Vout/Voa mit einer Bode von:

Matlab-Simulation

Daher kann ich das System mit dem OPAMP als Spannungsfolger betrachten. Warum muss ich bei niedrigen Rs-Werten eine Kompensation hinzufügen?

Ist die Schaltung nicht instabil, wenn die Rechteckwelle hoch ist? Was ist seine Amplitude?
Hallo, ich habe deinen Kommentar nicht gesehen. Ich weiß jetzt, dass es alt ist, aber ... was meinst du mit astabil?

Antworten (2)

Der Gate-Widerstand hilft nichts (das kann ich sehen), also werde ihn los!

Die Schaltung sollte einigermaßen stabil sein (ohne den 10K-Widerstand), solange Ihr MOSFET-Quellwiderstand nicht zu viel niedriger wird als er ist. Wenn Sie weniger als etwa 50 Ohm benötigen, müssen Sie eine Kompensation hinzufügen.

Achten Sie darauf, die Stabilität mit einer relativ kleinen Rechteckwellenstörung in der Steuerspannung zu prüfen, wobei beide Spannungen im linearen Bereich liegen (z. B. 20 mA bis 22 mA).

Sie geben nicht an, nach welcher Art von Bandbreite Sie suchen, aber normalerweise passen LM324 und „sehr große Bandbreite“ nicht zusammen. Die 10K- und Gate-Kapazität bilden einen weiteren Pol bei etwa 40 kHz, und wie Sie beobachtet haben, gibt es eine Miller-Kapazität in dem Maße, in dem sich die Drain-Spannung (V_power - LED-Durchlassspannung) mit sich änderndem Strom ändert.

Siehe EDIT1. PS: Ich habe diesen Job zu einer persönlichen Herausforderung gemacht.
Danke, ich habe 2 Fragen und 1 Beobachtung. Wenn Sie über den Pol bei 40 kHz sprechen, scheinen Sie die Ciss als gegeben zu betrachten. (i) Ist das ziemlich erschwinglich? (ii) Infolgedessen werden die Gate-Ladungswerte nur verwendet, um die minimale Stromkapazität zum Speisen des Gates zu bestimmen, und werden NICHT verwendet, um die Gate-Kapazität zu bestimmen? Beobachtung: Wenn der Pol bei 40 kHz liegt, habe ich -40 dB/dec bei 40 kHz, da der Operationsverstärker im Spannungsfolger arbeitet (siehe EDIT1), was zu Stabilitätsproblemen führt, also zu der Oszillation, die ich gesehen habe. Rechts?
Die Drain-Spannung ändert sich nicht „viel“, daher ist es hauptsächlich die Gate-Kapazität zu Drain + Source. Simulieren Sie für eine genauere Antwort. Der Operationsverstärker hat einen gewissen Ausgangswiderstand, selbst wenn Sie den 10K-Widerstand entfernen - vielleicht 50-100 Ohm. Selbst mit 50 Ohm bekommt man immer noch 30-50% der Rückkopplung. AD hat eine gute App-Notiz zur Vergütung – viel zu viel, um in einem Kommentar darauf einzugehen.
Das Entfernen des MOSFET unter Verwendung des Operationsverstärkers als Spannungsfolger mit einem Kondensator von 100 nF an seinem Ausgang sorgt für Oszillation. Ich werde nach einer Kompensationsmethode suchen -> wahrscheinlich hat der MOSFET eine erhebliche Obergrenze. Nur für eine persönliche Übung macht das EDIT1 Sinn? Zumindest die mathematische Analyse
Der MOSFET ist eher wie XXnF in Reihe mit dem Source-Widerstand. Das ist ein riesiger Unterschied. Probieren Sie die Mathematik mit dem Ausgangswiderstand des enthaltenen Operationsverstärkers (versuchen Sie es mit 100 Ohm) aus.
Beim Zeichnen der Gleichung habe ich gesehen, dass sich das induktive Verhalten der Stufe (die erste Null) bei hohen Rs-Werten oder hohem Ausgangswiderstand (wie 40 Ohm) schnell in Richtung 0 Hz bewegt. Es gibt also eine Null in der Nähe von DC. Dies bewegt sich zu höheren Frequenzen, wenn Rs kleiner oder der Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers kleiner ist. Was kann ich jetzt machen?
Können Sie diesen Satz begründen? "Wenn Sie weniger als etwa 50 Ohm benötigen, müssen Sie eine Kompensation hinzufügen." Einige Leute sagen, dass ein kleinerer Shunt-Widerstand einfacher zu stabilisieren ist.
Wenn der Messwiderstand >> Ro des Operationsverstärkers ist, ist er stabil. Wenn der Messwiderstand << Ro des Operationsverstärkers ist, ist er möglicherweise instabil (abhängig von der MOSFET-Kapazität usw.). Beide sind durch Kompensation leicht zu stabilisieren, reagieren jedoch langsamer, wenn sie kompensiert werden.

Scheinen leicht gelöst zu werden, indem der Ausgang mit einem 10-kOhm-Widerstand geladen wird (oder weniger oder etwas höher ist nicht wichtig). Ich würde gerne wissen, warum ... Verringert es die Schleifenverstärkung, um die Stabilität zu verbessern?

MOSFET-Oszillation mit Gate-Widerstand
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