Schwingen des Ausgangsstroms von einer spannungsgesteuerten Stromquelle

Eine positive Rückkopplung tritt auf, wenn das in den Eingang zurückgeführte Signal in Phase mit dem Ausgang ist. Eine Schaltung schwingt, wenn eine positive Rückkopplung bewirkt, dass die Schleifenverstärkung (Verstärkerverstärkung + Rückkopplung) größer als 1 ist.

In Ihrer Schaltung wird das Signal beim Durchgang durch den Transistor invertiert, ist also um 180º phasenverschoben und erzeugt eine negative Rückkopplung. Aufgrund von Kapazitäten im Operationsverstärker und Transistor ändert sich die Phase jedoch mit zunehmender Frequenz.

Wenn nur eine Kapazität beteiligt wäre, würde die maximal auftretende Phasenänderung 90º betragen und die Schaltung wäre immer stabil. Wenn jedoch mehrere Stufen eine Kapazität haben, könnte die Gesamtverschiebung 180º bei einer Frequenz erreichen, bei der der Verstärker noch etwas Verstärkung hat, wodurch die Phasenverschiebung der Schleife 360º erreicht - positive Rückkopplung! Wenn die Schleifenverstärkung bei dieser Frequenz größer als 1 ist, schwingt die Schaltung.

Operationsverstärker haben mehrere interne Stufen und eine sehr hohe Verstärkung. Um sie bei Rückkopplungen stabil zu machen, kann einer Stufe eine zusätzliche Kapazität hinzugefügt werden, um sie zum dominanten Pol zu machen. Damit ein Operationsverstärker stabil ist, muss die Verstärkung unter 1 (0 dB) sinken, bevor irgendein anderer Pol bewirkt, dass die Phasenverschiebung 180º erreicht.

Wenn Sie extern eine weitere Verstärkungsstufe hinzufügen, wird die Gesamtverstärkung erhöht und andere Pole können erreicht werden, bevor die Verstärkung unter 1 gesunken ist. Die externe Stufe kann auch einen Pol bei einer Frequenz haben, die innerhalb des Frequenzbereichs des dominanten Pols des Operationsverstärkers liegt . Die meisten Operationsverstärker sind auf die bestmögliche Unity-Gain-Bandbreite ausgelegt, sodass sie nur so weit kompensiert werden, dass die anderen Pole kaum unter der 0-dB-Linie bleiben. daher könnte jede signifikante externe Verstärkung oder Phasenverschiebung dazu führen, dass sie instabil werden.

Um diese Schaltung stabil zu machen, können Sie versuchen, einen Operationsverstärker mit niedrigerer Bandbreite zu verwenden oder einen, dem ein externer Kompensationskondensator hinzugefügt werden kann, oder einen externen dominanten Pol erzeugen, indem Sie einen RC-Filter in die Rückkopplungsschleife einfügen. Es wird jedoch immer noch die anderen erwähnten Probleme haben.

Es ist besser, die Rückkopplung vom Emitter zu nehmen, da die Spannungsverstärkung des Transistors an diesem Punkt weniger als 1 beträgt und er vom Kollektor isoliert ist, sodass Änderungen der Lastimpedanz weniger Auswirkungen haben. Im Common Emitter-Modus hat ein Bipolartransistor von sich aus eine gute Stromregulierungsfähigkeit, sodass der Operationsverstärker eine geringere Verstärkung und Bandbreite haben kann. Um diese Vorteile für die Stromquelle zu nutzen, anstatt sie zu senken, müssen Sie nur den Transistor von NPN auf PNP tauschen.

Gibt es eine andere Möglichkeit, die Ausgangsspannung des OpAmp (Basisspannung des Transistors) zu berechnen, ohne den genauen Emitterwiderstand zu kennen?

Nein. Da die Lastspannung zur Basis-Emitter-Spannung addiert wird, müssen Sie den Lastwiderstand kennen, um die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers zu berechnen.