Comprender este LPF en el ciclo de retroalimentación opamp

Estoy usando un mosfet básico impulsado por opamp para implementar un sumidero de baja corriente de precisión para un LED:

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Esto parece funcionar bien dentro del rango que quiero (10 mA más o menos). He visto otros circuitos que ponen un lpf en el circuito de retroalimentación (R3 era 1K en el que vi):

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Estoy tratando de entender cómo funciona eso. Con los valores de 100n y 10k, el punto -3dB es 160Hz. Lo que no entiendo es por qué el condensador está conectado a la salida del opamp en lugar de a tierra. ¿Eso no desviaría el ruido por encima de 160 Hz a la salida? Por supuesto, también habría un cambio de fase, pero no veo por qué no conectaría el condensador a tierra.

Supongo que este es un circuito opamp realmente básico en una forma ligeramente diferente, pero no entiendo qué toma esa forma. Es posible que lo tenga al revés, ya que las frecuencias altas en la salida del opamp se "cortarán" de regreso a la entrada inversora y reducirán la salida de los opamps.

En mi opinión, no se necesita el filtro y he implementado este circuito con BJT en productos comerciales para galgas extensométricas emocionantes y nunca usé uno. El ruido nunca ha sido un problema tampoco. Espero cualquier respuesta.
Gracias Andy. Dado que el tablero en el que se encuentra ya se ha puesto en producción, estaba un poco preocupado. Recibí comentarios de un ingeniero de que "la corriente había variado". Pero al obtener más detalles, había variado en un pequeño porcentaje cuando lo tocó, así que creo que estoy bien ;-)

Respuestas (1)

El propósito de este circuito es asegurarse de que el circuito tenga suficiente margen de fase (no oscile). Es un problema particular con los MOSFET y no con los BJT. 100nF es un condensador muy grande: 1nF también funcionaría aquí (10nF es un buen valor), pero tal vez querían un poco de filtro LP o simplemente querían estar seguros.

El problema es que el MOSFET (con una resistencia de sentido tan bajo) representa casi una carga puramente capacitiva en la salida del amplificador operacional (excepcionalmente débil en este caso). Eso produce un cambio de fase con la impedancia de salida de bucle abierto (relativamente grande) del amplificador operacional. En el caso del MCP6002, la capacitancia máxima que puede poner en la salida de forma segura es inferior a 100pF con G=1. El Cgs es relativamente bajo en ese MOSFET (31pF típicamente, 46 máx.), pero la capacitancia de Miller también entra en juego. Afortunadamente, con una carga de LED, casi parece un arreglo de cascodo, por lo que puede estar fuera de peligro.

Tendría que hacer un poco más de cálculo o simulación para estar 100% seguro; tal vez intente alimentar una onda cuadrada a la entrada no inversora y observe cuánto sobreimpulso obtiene en la forma de onda actual. ¡Variando cuando alguien lo toca suena como si estuviera oscilando!

En mi opinión, es una mala forma hacer esto en general: el segundo circuito anterior es la forma correcta de hacerlo. Incluso si concluye que está funcionando lo suficientemente bien, tenga cuidado de que en producción el MOSFET no sea reemplazado por algo con una capacitancia sustancialmente mayor. Por ejemplo, el económico AO3418 tiene un Cgs de 235pF (típico).

Eso es genial Spehro. Esta es la teoría que tienes que preguntarle a un ingeniero (me pregunto si está en Art of Electronics). En mi caso, la salida es estática: se alimenta de la otra mitad del opamp que se alimenta de un DAC, pero aún así intentaré simular para ver qué obtengo. En retrospectiva, debería haber puesto componentes Do-Not-Populate ya que pensé en esto antes de empujar la PCB (presiones de tiempo como de costumbre), pero puedo encajarlos fácilmente ya que los pines están uno al lado del otro. ¡1k ​​y 10n ya que tengo muchos de esos! Gracias.
AoE 3rd Edition muestra un circuito similar con 3.3K/1nF y una resistencia de detección de 1 ohm (Fig. 4.13), y mencionan brevemente por qué, pero Win et. al no entrar en cómo calcular los valores. Tal vez lo hagan en el capítulo del amplificador operacional. A veces es mejor agregar una resistencia en serie a la compuerta también (unos pocos cientos de ohmios a 1K como máximo para un amplificador operacional de muy baja potencia), luego la capacidad del controlador de capacitancia es prácticamente ilimitada, pero debe tener el 1K / 10nF alimentado de la salida del amplificador operacional (no de la puerta) o empeorará las cosas.
¡Ya salió la tercera edición! ¡Fresco! A veces puse una resistencia antes de la puerta, pero no me molesté en un fet de tan baja potencia.
La resistencia antes de la puerta (solo) daña la situación. La 3ra edición es grandiosa, hice una vista previa de uno de los capítulos hace un par de años, finalmente salió.
sip tiene mucho sentido +1
FYI: la revista EPE de este mes (Reino Unido) tiene un circuito de carga que lo hace de la segunda manera correcta: los componentes son 1k, 100n y un controlador de compuerta de 1k (¡no es que esos sean los mejores valores!). Si estuviera atascado, también podría usar un transistor (un BC817 tiene la misma configuración SOT23 que el NX3008), pero estoy seguro de que entonces tendría un problema diferente. La contribución de Ib posiblemente dependa de la temperatura :-) Ir y probar todas estas combinaciones parece ser una buena experiencia de aprendizaje.
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