Verstehen dieses LPF in der Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers

Ich verwende einen einfachen opamp-gesteuerten Mosfet, um eine präzise Niedrigstromsenke für eine LED zu implementieren:

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Dies scheint in dem von mir gewünschten Bereich (ca. 10 mA) einwandfrei zu funktionieren. Ich habe andere Schaltungen gesehen, die einen lpf in die Rückkopplungsschleife gesteckt haben (R3 war 1K in der, die ich gesehen habe):

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Ich versuche zu verstehen, wie das funktioniert. Bei den Werten 100n und 10k liegt der -3dB-Punkt bei 160Hz. Was ich nicht verstehe, ist, warum der Kondensator mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und nicht mit Masse verbunden ist. Würde das Rauschen über 160 Hz nicht zurück in den Ausgang umleiten? Natürlich würde es auch eine Phasenverschiebung geben, aber ich kann nicht verstehen, warum Sie den Kondensator nicht mit Masse verbinden würden.

Ich vermute, dies ist eine wirklich einfache Operationsverstärkerschaltung in einer etwas anderen Form, aber ich verstehe nicht, was diese Form annimmt. Ich kann es rückwärts haben, da hohe Frequenzen am Ausgang des Operationsverstärkers zum invertierenden Eingang "kurzschließen" und den Ausgang des Operationsverstärkers reduzieren.

Der Filter wird meiner Meinung nach nicht benötigt und ich habe diese Schaltung mit BJTs in kommerziellen Produkten für aufregende Dehnungsmessstreifen implementiert und nie einen verwendet. Lärm war auch nie ein Problem. Ich freue mich über jede Antwort.
Danke Andi. Angesichts der Tatsache, dass das Board, auf dem es sich befindet, bereits in Produktion gegangen ist, war ich etwas besorgt. Ich habe von einem Ingenieur die Rückmeldung erhalten, dass "der Strom variiert hatte". Aber um mehr Details zu bekommen, hat es sich um ein paar Prozent verändert, als er es berührt hat, also denke ich, dass ich in Ordnung bin ;-)

Antworten (1)

Der Zweck dieser Schaltung besteht darin, sicherzustellen, dass die Schaltung einen ausreichenden Phasenspielraum hat (nicht oszilliert). Dies ist ein besonderes Problem bei MOSFETs und nicht bei BJTs. 100 nF ist ein sehr großer Kondensator – 1 nF würde hier auch funktionieren (10 nF ist ein guter Wert), aber vielleicht wollten sie ein bisschen wie einen LP-Filter oder wollten einfach nur sicher sein.

Das Problem ist, dass der MOSFET (mit einem so niedrigen Messwiderstand) fast eine rein kapazitive Last am (in diesem Fall außergewöhnlich schwachen) Operationsverstärkerausgang darstellt. Dies erzeugt eine Phasenverschiebung mit der (relativ großen) Open-Loop-Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers. Im Fall des MCP6002 beträgt die maximale Kapazität, die Sie sicher am Ausgang anlegen können, weniger als 100 pF bei G = 1. Der Cgs ist bei diesem MOSFET relativ niedrig (typischerweise 31 pF, max. 46), aber die Miller-Kapazität spielt auch eine Rolle. Glücklicherweise sieht es mit einer LED-Last fast wie eine Kaskodenanordnung aus, sodass Sie möglicherweise aus dem Gröbsten heraus sind.

Sie müssten etwas mehr Berechnungen oder Simulationen durchführen, um 100% sicher zu sein. Versuchen Sie möglicherweise, eine Rechteckwelle an den nicht invertierenden Eingang zu speisen, und prüfen Sie, wie viel Überschwingen Sie in der aktuellen Wellenform erhalten. Das Variieren, wenn jemand es berührt, klingt, als würde es oszillieren!

Es ist meiner Meinung nach schlecht, dies im Allgemeinen zu tun - die zweite Schaltung oben ist der richtige Weg, dies zu tun. Selbst wenn Sie zu dem Schluss kommen, dass es gut genug funktioniert, achten Sie darauf, dass der MOSFET in der Produktion nicht durch etwas mit wesentlich mehr Kapazität ersetzt wird. Beispielsweise hat der preiswerte AO3418 einen Cgs von 235 pF (typisch).

Das ist großartig, Spehro. Dies ist die Theorie, nach der Sie einen Ingenieur fragen müssen (ich frage mich, ob sie in Art of Electronics enthalten ist). In meinem Fall ist der Ausgang statisch - er wird von der anderen Hälfte des Operationsverstärkers gespeist, der von einem DAC gespeist wird, aber ich werde trotzdem versuchen, zu simulieren, um zu sehen, was ich bekomme. Im Nachhinein hätte ich Do-Not-Populate-Komponenten einbauen sollen, da ich darüber nachgedacht habe, bevor ich die Platine geschoben habe (Zeitdruck wie üblich), aber ich kann sie leicht einschieben, da die Pins nebeneinander liegen. 1k und 10n, da ich jede Menge davon habe! Danke schön.
AoE 3rd Edition zeigt eine ähnliche Schaltung mit 3,3 K/1 nF und einem 1-Ohm-Messwiderstand (Abb. 4.13), und sie erwähnen kurz warum, aber Win et. al gehen Sie nicht darauf ein, wie die Werte berechnet werden. Vielleicht tun sie das im Operationsverstärker-Kapitel. Manchmal ist es besser, dem Gate auch einen Vorwiderstand hinzuzufügen (einige hundert Ohm bis höchstens 1 K für einen Operationsverstärker mit wirklich geringer Leistung), dann ist die Kapazitätstreiberfähigkeit praktisch unbegrenzt, aber Sie müssen die 1 K / 10 nF speisen zurück vom Operationsverstärkerausgang (nicht vom Gate) oder es wird die Sache noch schlimmer machen.
Die dritte Auflage ist da! Cool! Ich habe manchmal einen Widerstand vor das Gate gesetzt, aber ich habe mich nicht um einen so stromsparenden Fet gekümmert.
Der Widerstand vor dem Gate (allein) schadet der Situation. Die 3. Ausgabe ist großartig – ich habe vor ein paar Jahren eine Vorschau auf eines der Kapitel gesehen – endlich draußen.
Yup macht absolut Sinn +1
FYI - das EPE-Magazin dieses Monats (UK) hat eine Ladeschaltung, die es auf die zweite/korrekte Weise macht - Komponenten sind 1k, 100n und ein 1k-Gate-Treiber (nicht, dass das die besten Werte wären!). Wenn ich nicht weiterkomme, könnte ich auch einen Transistor verwenden (ein BC817 hat die gleiche SOT23-Konfiguration wie der NX3008), aber ich bin mir sicher, dass ich dann ein anderes Problem hätte. Ibs Beitrag ist möglicherweise temperaturabhängig :-) Es scheint eine gute Lernerfahrung zu sein, all diese Kombinationen auszuprobieren.
Verstehen dieses LPF in der Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers
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