Parameter für spannungsgesteuerte Stromquelle

Ich versuche, die folgende Schaltung in einem Projekt zu implementieren:

spannungsgesteuerte Stromquelle
(Quelle: ecircuitcenter.com )

Die eingehende VCC beträgt 18 V. Der Operationsverstärker wird mit 3,3 V versorgt. Es gibt einen Wellenform-Spannungseingang von 0-2 V, der mit bis zu 100 Hz oder überhaupt nicht oszillieren kann. Ich muss dies in 0-2 mA umwandeln, also habe ich 1K RSENSE verwendet. Ich brauche offensichtlich konstanten Strom mit einem variablen RL. Ich weiß nur genug über Elektronik, um gefährlich zu sein, aber das scheint eine ziemlich einfache Schaltung zu sein, und ich habe sie an einem Simulator zum Laufen gebracht, also habe ich versucht, einen Prototypen zu entwickeln. Als ich mein Amperemeter anschloss, gab es einen Bereich von 0,17-0,19 mA für einen Eingang von 0-2 V. Ich habe einen LMC6482 und einen 2N3904 verwendet . Als es nicht funktionierte, schaltete ich den BJT mit einem MOSFET (2N7000G) um und erhielt das gleiche Ergebnis. Ich gehe davon aus, dass es einige Parameter für den Transistor gibt, die das unerwartete Verhalten verursachen. Bin ich auf dem richtigen Weg?

Warum verhält sich die Schaltung derzeit so, wie sie ist? Was muss ich tun, um wie beschrieben zu arbeiten? Danke

AKTUALISIEREN:

Ich habe alle Ein- und Ausgänge überprüft und es gab keine Schwingungen. Tatsächlich gab mir die Berührung meines Oszilloskops mit der Anode des Lastwiderstands die perfekte Wellenform, nach der ich gesucht hatte. Ich berührte es dann mit der Anode meines Multimeters und das gleiche Signal war da, aber mein Multimeter oszillierte zwischen 0,15 und 0,19 mA ... bedeutet das, dass mein Multimeter geschossen ist? Es wurde direkt vor dem Lastwiderstand in Reihe geschaltet.

Welche Versorgungsschiene(n) verwenden Sie für den Operationsverstärker (es sind maximal 15,5 V Betriebsspannung)? Hast du Entkopplungskappen direkt an der Massezuführung? Haben Sie sich den Ausgang des Operationsverstärkers mit einem Oszilloskop angesehen, um festzustellen, ob er oszilliert? Im Allgemeinen funktioniert diese Art von Schaltung ziemlich gut, daher ist es wahrscheinlich, dass Sie etwas falsch angeschlossen haben oder ein Layout- / Entkopplungsproblem haben.
Der Operationsverstärker erhält 3,3 V vom Regler meines Arduino. Ich habe eine 0,1-uF-Entkopplungskappe von der Versorgung zur Masse des Operationsverstärkers hinzugefügt. Meine Kappe war nicht breit genug, um sie direkt über dem Operationsverstärker anzubringen, aber es ist immer noch ein kurzer Weg zu gnd. Ich habe die oszillierende Spannung am Eingang des Operationsverstärkers überprüft, obwohl sie nicht oszillieren muss, daher verwende ich im Moment ein konstantes Signal zum Testen.
OK - Mein Punkt zur Oszillation war zu überprüfen, ob der Ausgang des Operationsverstärkers nicht mit einem konstanten Signaleingang oszilliert. (Dh überprüfen Sie, ob es aufgrund des Layouts nicht instabil ist.) Legen Sie eine 2-V-Konstantspannung an den nicht invertierenden Anschluss an? Was messen Sie dabei am invertierenden Anschluss und am Ausgang des Verstärkers?
Ich werde das heute Abend überprüfen, aber ich erinnere mich, dass der Ausgang gestern Abend wie 1,6 V für 1 V am nicht invertierenden Eingang war.
Wenn dies der Fall ist, schließt der Operationsverstärker die Schleife nicht und etwas ist instabil oder falsch verdrahtet. Ist Ihr Transistor rückwärts? Überprüfen Sie die Pinbelegung von allem.
Das ist die Ausgangsspannung, die in die Basis des Transistors geht. Dann habe ich den Emitter, der in den nicht invertierenden Eingang geht, dann auch durch den Messwiderstand auf Masse

Antworten (2)

Der Operationsverstärker ist Rail-to-Rail und kann mit 3,3 V betrieben werden, das ist also in Ordnung.

Eine zu prüfende Sache ist, dass Rl klein genug ist. Bei 1 mA liegt der Emitter von Q1 bei 1 V. Das bedeutet, dass der Kollektor für eine gute Regelung mindestens 1,5 V, vorzugsweise 2 V, betragen sollte. Bleiben 16 V für die Last. Dieser darf nicht mehr als 16 kΩ betragen, da sonst nicht genügend Spannung vorhanden ist, um die 1 mA fließen zu lassen.

Ich vermute, dass der Operationsverstärker oszilliert. Überprüfen Sie die Ausgabe des Operationsverstärkers mit einem Oszilloskop. Wenn es oszilliert, kann der durchschnittliche Strom erheblich vom Sollwert abweichen.

Eine kleine Kapazität unmittelbar zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und seinem negativen Eingang sorgt für "Kompensation". Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu betrachten. Eine Möglichkeit besteht darin, dass dies den Operationsverstärker verlangsamt, sodass der Rest des Systems für den Operationsverstärker sofort aussieht, wodurch keine Verzögerung und Instabilität verursacht werden.

C1 liefert die unmittelbare negative Hochfrequenzrückkopplung, um den Operationsverstärker zu verlangsamen. R2 bietet eine feste und bekannte Impedanz, gegen die es arbeiten kann. Die angezeigten 100 pF sind wahrscheinlich mehr als erforderlich, daher ist dies ein guter Ausgangspunkt, um die Instabilität als Problem zu beseitigen. Sobald alles funktioniert, können Sie damit experimentieren, mit wie wenig C1 Sie davonkommen können. Ich würde es dann in der Endschaltung mindestens verdoppeln, da man nicht alle Betriebs- und Umgebungsbedingungen testen kann.

Dasselbe gilt, wenn Q1 ein NPN-Transistor (wie oben gezeigt) oder ein N-Kanal-FET ist.

Das ist schön, ich könnte ein wenig Widerstand in der Basisleitung hinzufügen. (~ 100 Ohm) Für den FET bin ich mir nicht sicher, ob genügend Spannungsspielraum (3,3 V) vorhanden ist, um den FET einzuschalten und den Spannungsabfall von R1 zu fressen. Ich frage mich, warum @scubadude22 den Operationsverstärker nicht mit +18 V versorgt?
@George: Es ist kein Widerstand in Reihe mit der Basis erforderlich. Die Rückkopplung hält den Strom auf genau dem, was er sein muss, und es besteht keine Chance, dass R1 dort Schaden nimmt. Ich stimme zu, den Operationsverstärker mit 18 V zu versorgen, außer dass dieser bestimmte Verstärker nur 15 V aufnehmen kann. Wenn er einen FET verwendet, muss er eine niedrige Gate-Schwellenspannung haben. Wenn die zusätzliche Genauigkeit nicht wirklich erforderlich ist, würde ich bei einem BJT bleiben, da alles mit einer 3,3-V-Operationsverstärkerversorgung gut funktioniert.
Ich werde das heute Abend versuchen. Ich hätte gerne eine Genauigkeit innerhalb von 1 uA. Der FET, den ich verwendet habe, hat eine Gate-Schwellenspannung von 0,8-3 V. Ist das niedrig genug? Wenn ich einen Mindeststrom von 100 uA wollte, würde das bedeuten, dass die Gate-Schwellenspannung 100 mV betragen muss?
@scub: 1 uA von 2 mA (1 Teil im Jahr 2000) ist eine ziemlich ernsthafte Einschränkung und mit den von Ihnen erwähnten Teilen völlig unrealistisch. Denken Sie darüber nach. Der Widerstand muss besser als 0,05 % (500 PPM) sein, und der Operationsverstärker muss einen Eingangs-Offset von besser als 1 mV haben, was nicht der Fall ist. Sie können auch keinen BJT verwenden, da der Basisstrom viel zu viel Fehler für Ihre Anforderung hinzufügt. Seien Sie realistisch oder bereiten Sie sich darauf vor, einige teure und spezielle Teile zu kaufen, und legen Sie sie wahrscheinlich in eine temperaturgesteuerte Box.
Hallo @OlinLathrop, ich muss diese Schaltung oder einen Cousin mindestens ein Dutzend Mal benutzt haben. Hauptsächlich zum Treiben eines konstanten Stroms durch B-Feld-Spulen. Jetzt funktioniert es oft ohne den Basiswiderstand. Aber manchmal tut es das nicht und die Schaltung schwingt. Der Basiswiderstand scheint es zu beheben. (Ich bin mir nicht sicher, warum ... mit einem Darlington als Passelement würde ich sagen, dass es immer den Basiswiderstand braucht.) Heutzutage stecke ich es einfach ein. Mein handgewelltes Verständnis ist, dass der Widerstand dem Operationsverstärker ein bisschen gibt mehr Spannung zum Kauen, außer nur Vbe.
@George: Enthalten Ihre Schaltungen C1 und R2 wie in meinem Schaltplan? Wenn Sie diese verwenden, sollten Sie keine Stabilitätsprobleme haben, die durch einen Basiswiderstand behoben werden müssen. Ich denke, Ihr Basiswiderstand erhöht die für den Operationsverstärker erforderliche Verstärkung und hilft bei der Stabilität. Ich denke jedoch, dass C1 und R2 die Stabilität direkter und expliziter ansprechen.

Dies sollte zu 100% so funktionieren, wie Sie es gezeichnet haben, ändern Sie nichts.

Überprüfen Sie jedoch sorgfältig die Verkabelung des Operationsverstärkers und anderer Teile. Da ist etwas falsch verdrahtet. Vielleicht ist V- (Pin 4) nicht mit Masse verbunden oder V+ (Pin 8) empfängt nicht wirklich die 3,3 V. Oder der nicht invertierende Eingang schwebt herum.

Ich würde andere Symptome erwarten, wenn etwas beschädigt wurde (Ausgang schimpfte).

Hallo Spehro, könntest du etwas darüber sagen, warum du denkst, dass diese Schaltung nicht oszillieren wird? Ist es der ziemlich große 1 k-Messwiderstand? Danke
@GeorgeHerold Ja, Schwingungen könnten ein Problem darstellen, wenn der Ausgang des Operationsverstärkers stark belastet war (insbesondere kapazitiv), aber bei dieser Schaltung spielt die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers von ~ 100 R praktisch kaum eine Rolle. Ich habe diese Konfiguration in vielen Instrumentendesigns verwendet und sie ist wirklich stabil mit vernünftigen GBW-Operationsverstärkern von ~ MHz (vielleicht könnten Sie sie mit einem 1-GHz-Verstärker zum Singen bringen).
Parameter für spannungsgesteuerte Stromquelle
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