Perché questo opamp non funziona correttamente?

Sto lavorando a una fonte di corrente regolabile. In un thread qualche tempo fa, sono stati discussi vari circuiti:

semplice sorgente di corrente regolabile per stringa LED

... ma dato che ho optato per un'opzione e non funziona correttamente, sto iniziando un nuovo thread per concentrarmi sul mio enigma.

Ecco il circuito:

Il divisore del resistore (resistore 30K e potenziometro) fornisce una tensione di riferimento su 'set' (lo sweep DC di v1 ruota semplicemente l'albero del piatto). L'opamp dovrebbe servo 'gate' in modo che 'sense' sia uguale a 'set', e quindi la corrente (in milliampere) tirata attraverso il carico 'Rload' è uguale alla tensione di 'set' (in millivolt). Semplice come quella.

L'alimentazione a 12 V che alimenta il circuito "set" e l'opamp è un 7812 alimentato dall'alimentazione a 24 V. E il mosfet è in realtà un FQP10N20C (un nfet di potenza abbastanza vanigliato).

Ho simulato con LTspice e si comporta come mi aspetterei. Ma sulla breadboard, quando "set" viene aumentato da 0 a circa 400mV, "sense" traccia "imposta" sempre meno bene. Ad un certo punto vedo 257mV su 'set' ma solo 226mV su 'sense'; quindi solo 226 mA scorre attraverso Rload e R1. 'Gate' è a 3,53 V e 'down' è a 11,7 V. Se uno esamina semplicemente l'opamp in isolamento, sembra che il 'gate' dovrebbe essere guidato più in alto (fino a quando, presumibilmente, a un certo punto abbastanza flussi di corrente che il 'senso' è uguale a 257mV).

L'opamp è progettato per essere utilizzato con un'alimentazione single-ended e dovrebbe essere in grado di guidare facilmente la sua uscita al di sopra di 3,53 V (con una tensione di alimentazione di 12 V). Il gate del FET non deve assorbire corrente (verificato con il misuratore).

Sono perplesso.

Scheda tecnica per l'opamp (LT1006)

Il problema è evidentemente che c'è una sorta di oscillazione sull'uscita dell'opamp. Mettere un condensatore da 10uF sul nodo 'gate' ha più o meno risolto il problema, ma inserire una resistenza da 1K tra l'uscita opamp e la porta fet non aiuta molto. Ora sto vedendo non più di circa 7mv di discrepanza tra 'sense' e 'set', sull'intero intervallo di regolazione della corrente (ora da 0 a 300ma) e una tensione (necessaria per guidare quella corrente attraverso il carico) tra circa 3 e 23v .

Ho visto questa domanda solo ora, e la tua risposta che l'opamp stava oscillando. Questa è stata la mia prima ipotesi dallo schema e dai sintomi.

Tuttavia, non mi piace il modo in cui è stato risolto. Il semplice caricamento dell'uscita opamp con molta capacità può funzionare ora in questo caso a questa temperatura, con questa fase della luna. Potrebbe non funzionare con lo stesso modello opamp di un batch diverso o di un batch futuro.

Una soluzione migliore è quella di mettere una piccola resistenza nel percorso di feedback, tra la parte superiore del resistore di rilevamento corrente e l'ingresso di opamp negativo. Quindi aggiungere un piccolo condensatore di compensazione direttamente dall'uscita opamp all'ingresso negativo. Il cappuccio fornisce un feedback AC negativo immediato per mantenere stabile l'amplificatore. Il resistore aumenta l'impedenza del segnale in modo che il cappuccio possa avere qualche effetto senza dover essere troppo grande per altre considerazioni. Prova 1 kΩ e forse 100 pF. È possibile utilizzare un condensatore più grande se il tempo di risposta non deve essere veloce e si desidera errare dal punto di vista della stabilità.

aggiunto

Non avevo mai guardato il foglio dati dell'opamp prima, e avevo appena risposto per un normale opamp. L'LT1006 è ottimizzato per tensioni di offset molto basse e bassa potenza. Ciò significa che sono stati fatti compromessi in altri settori. Uno di questi è apparentemente stabilità. Il foglio dati mostra l'amplificatore usato come un follower di tensione con guadagno unitario, quindi è apparentemente stabile con guadagno unitario.

Tuttavia, osservare attentamente i tipici schemi applicativi a pagina 11. Notare come uno ha 1 kΩ in serie con un condensatore di compensazione 680 nF e l'altro 2 kΩ con compensazione 330 nF. Ciò significa che la mia ipotesi sopra di 1 kΩ e 100 pF era troppo piccola. Prova una combinazione più simile a quella che usano. Dato che hai già una resistenza in serie da 1 kΩ, prova 1 µF direttamente tra l'uscita opamp e l'ingresso negativo.

L'altra cosa che devi fare è effettivamente guardare il segnale nel tempo, non la sua tensione media. Mettici già un ambito e vedi cosa sta realmente succedendo.

Di recente sono tornato a questo progetto dopo una pausa e ho continuato ad avere problemi con la stabilità dell'opamp. Tuttavia, ho scoperto che esiste una soluzione più semplice al problema, il regolatore lineare LT3080; integra essenzialmente l'amplificatore operazionale e il transistor di potenza del mio circuito originale e sembra essere molto stabile nei miei test.

http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3080fc.pdf

Il mio nuovo circuito è essenzialmente quello mostrato nella figura intitolata "Driver LED a bassa tensione di caduta" a pag.17 del foglio dati. Invece di mettere un resistore fisso dal pin SET a GND, guido una tensione variabile nel pin SET (si potrebbe anche usare un resistore variabile, ma una tensione funziona meglio per la mia applicazione). Il segnale di tensione deve semplicemente essere in grado di affondare i 10ua della sorgente di corrente interna.

Esso funziona magicamente.