Fuente de corriente opamp estable en simulación pero inestable en prototipo

He intentado construir esta fuente de corriente opamp/mosfet y he estado luchando para que sea estable. Al simular la ganancia de bucle abierto en PSpice. Lo configuré así, lo que debería dar Vout = -AB en la salida del opamp.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

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Y parece tener un gran margen de fase en la trama: ingrese la descripción de la imagen aquílo que también muestra si paso la entrada con un pulso de aumento de 1 ns, que es muy estable (medido en la salida del opamp):ingrese la descripción de la imagen aquí

Pero desafortunadamente es muy inestable en el prototipo de PCB que hice. La primera imagen es cuando el voltaje de entrada es 0 o inferior a 10 mV. La segunda imagen es cuando aumento el voltaje a alrededor de 70 mV en la entrada:

bajo voltaje de entrada (<10mV) Mayor voltaje de entrada (alrededor de 70mV)

Aquí hay una foto de la PCB:

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No pude enrutar los 5V para el amplificador operacional en la PCB de un solo lado, así que hice un pequeño puente. A la entrada de los 5V hay un electrolítico de 10uF y una cerámica de 100nF como bypass.
El cable verde en la parte inferior es la entrada al opamp. El otro cable verde es la medición en la puerta del opamp.

¿Cómo puedo simular este circuito correctamente?

¿Cómo puedo detener las oscilaciones en mi circuito?

EDITAR: Olvidé mencionar que agregué C2 porque el mosfet que estoy usando (ST p36ne06) tiene más capacitancia de entrada que este buz11 FET.

Su amplificador operacional es U5, ¿un AD8616? Su esquema no parece estar de acuerdo con los documentos en línea para ese dispositivo.
Mi sospecha es que tiene demasiada impedancia en su línea de entrada de 5V. ¿Puede intentar agregar un capacitor de desacoplamiento adicional lo más cerca posible de la entrada de energía del chip?
Pregunta sobre un opamp, pero no muestra uno en su esquema. Cerrando como poco claro .
¿Para qué sirve C2? Está conduciendo una carga capacitiva. Intente aislarlo con una resistencia en serie de unos 100 ohmios. También intente soldar un condensador de desacoplamiento en los pines Vdd/Vss. Una cerámica de orificio pasante servirá si no puede soldar una smd.
@ mike65535: El amplificador operacional es AD8615. el A8616 es solo la versión de doble opamp :) Así que las especificaciones son las mismas
@Jules: Muy bien, puedo ver lo que puedo hacer. ¿Tal vez estos límites que tengo tienen un SRF demasiado bajo (mala calidad)?
@OlinLathrop: U5 es un amplificador operacional. No tiene el símbolo correcto, porque solo se transfirió directamente desde un modelo del sitio de AD.
@Mike: Sí, agregué C2 porque el buz11 no tiene tanta capacitancia de entrada como la que tengo disponible (ST p36ne06). Actualicé mi publicación con esta información.
Debe aislar la puerta con una resistencia de 50-200 ohmios y llevar la retroalimentación de CA de la salida a la entrada inversora.
U5 no es un opamp según su esquema. Los nombres de los pines tampoco tienen ningún sentido. Otros que ponen malos esquemas no son relevantes. Publicó un esquema aquí, por lo que es responsable de él. Copiar el lío de otra persona no es excusa. Ahora es tu desastre, y estás siendo juzgado por ello.

Respuestas (2)

El problema es que el lazo no se ha compensado correctamente, quiere oscilar como se muestra en su gráfico en la traza roja del alcance (la sonda de voltaje). Tengo un gráfico similar a continuación:

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Esto también se puede ver en la ganancia de bucle cerrado (trazo verde) la colina en 10Mhz indica que hay un punto Q que quiere sonar alrededor de 10Mhz (pero ¿por qué no 1Mhz como el diseño resuena? Estén atentos).

Entonces, ¿cómo arreglar esto? Use mucha más capacitancia, 10uF y muévala al otro lado de la resistencia. Después de hacerlo, obtiene el trazo rojo, que muestra muy poco timbre.

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Hay algunas otras advertencias, ¡no ha habido parásitos simulados! Entonces, construya su diseño lo más cerca posible del esquema O simule los parásitos estimándolos desde el tablero. Parte de la razón por la que la simulación muestra un punto de resonancia a 10 MHz y el diseño a 1 MHz es que no se ha simulado la inductancia parásita.

Los cables contribuirán con 10 nH, las pistas también pueden tener algo de inductancia y resistencia. Podría entrar en muchos detalles, pero se me acabó el tiempo. La forma de calcular esto es con calculadoras de inductancia/resistencia de trazas.

En este tipo de circuitos, la inductancia puede cambiar cosas, donde normalmente se puede despreciar. También puede incluir la resistencia de la fuente del cable y la simulación, ya que la fuente de corriente y las tapas del filtro de potencia también pueden contribuir a la resonancia.

¡Gracias por tu respuesta! No entiendo muy bien por qué ayuda mover el condensador al otro lado de la resistencia. Ahora es básicamente en paralelo con Cgs del MOSFET, lo que lo haría aún más inestable si me preguntas. Sí, tienes razón sobre los parásitos, pero no pensé que tendría un impacto tan grande en este diseño.
Por lo general, hago muchas fuentes de corriente con BJT, las probaría sin cableado y funcionarían bien, luego oscilarían cuando les conecté los cables. Después de un tiempo aprendí a simular los parásitos del cableado para compensar los cables y el bucle. Estos circuitos son contrarios a la intuición debido a la capacitancia, pero necesita más, no menos.
Si le gusta la respuesta, vote a favor y marque la respuesta apropiada como respondida meta.stackexchange.com/questions/126180/…
Ah, y acabo de ver la respuesta de Andy sobre la capacitancia, es posible insertar un polo a 100 khz sin un capacitor de 1 uf; de lo contrario, cambie el amplificador operacional.
No estoy seguro de seguir las imágenes de la simulación que hiciste. En el diagrama de openloop2, parece que la ganancia comienza a aumentar con 40 dB a 1 kHz. ¿Porque hace eso? parece raro
Ah, y gracias por actualizar el diagrama del circuito, pero ¿puede editar el nombre del FET a P36NE06?
@Linkyyy En realidad no puedo (por alguna razón, no me permite editar el circuito). Puede, puede editar la pregunta y luego editar el esquema
ah si bien ¿Viste mi otro comentario?

El principal problema que veo es que su simulación de bucle abierto aísla la salida del amplificador operacional de la capacitancia de la fuente de la puerta con un inductor henry de 1 giga. Naturalmente, esto hace el trabajo de mantener las condiciones de CC alrededor del bucle pero, y lo que es más importante, no tiene en cuenta la susceptibilidad del AD8616 a las cargas capacitivas en la salida.

Por ejemplo, si observa la figura 17 en la hoja de datos, puede ver que obtendrá niveles "indecentes" de sobreimpulso con 1nF + capacitancia de fuente de compuerta (1.5 nF). A esto se suma la figura 14, que le indica cómo varía la impedancia de salida del amplificador operacional con la frecuencia para ciertos niveles de ganancia. La ganancia de su amplificador operacional es prácticamente tan alta como es posible (sin retroalimentación local), por lo que puede suponer que la resistencia de salida será de aproximadamente 30 ohmios o tal vez más en las frecuencias de interés.

Nuevamente, en su sim, esta impedancia está amortiguada por el inductor henry de 1 giga y esto significa que su sim no tendrá esto en cuenta.

Alrededor de 60 ohmios de resistencia de salida y 2,5 nF tiene un punto de 3dB de aproximadamente 1 MHz y agrega 45 grados al cambio de fase de bucle abierto. Tenga en cuenta también estas palabras en la hoja de datos: -

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Ese es probablemente el último clavo en el ataúd.

Gracias por tu respuesta. Sí, sabía que no se supone que este opamp maneje más de 500pF, es por eso que estoy tratando de compensarlo para que sea estable :) Ya veo lo que quieres decir sobre el aislamiento del mosfet de la puerta. Pero desde el punto de vista del diseño de control, ¿la ganancia del bucle no debería ser diferente? Y mientras el sesgo de DC siga intacto, ¿no debería estar bien?
¿Podría recomendar otra forma de medir la ganancia del bucle entonces?` :)
Puede conducirlo como lo está haciendo, pero agregue una capacitancia adicional de MOSFET directamente en la salida del amplificador operacional, pero claramente, eso causará una oscilación según el fragmento de la hoja de datos.