Parámetros para fuente de corriente controlada por voltaje

Estoy tratando de implementar el siguiente circuito en un proyecto:

fuente de corriente controlada por voltaje
(fuente: ecircuitcenter.com )

La entrada de VCC es de 18v. El amplificador operacional se suministra con 3.3v. Hay una entrada de voltaje de forma de onda de 0-2 V que puede oscilar hasta 100 Hz, o no oscilar en absoluto. Necesito convertir esto en 0-2 mA, así que usé 1K RSENSE. Obviamente necesito corriente constante con un RL variable. Solo sé lo suficiente sobre electrónica para ser peligroso, pero parece un circuito bastante sencillo, y lo hice funcionar en un simulador, así que intenté crear un prototipo. Cuando conecté mi amperímetro, dio un rango de 0.17-0.19 mA para una entrada de 0-2 v. Usé un LMC6482 y un 2N3904 . Cuando no funcionó, cambié el BJT con un MOSFET (2N7000G) y obtuve el mismo resultado. Supongo que hay algunos parámetros para el transistor que están causando el comportamiento inesperado. ¿Estoy en el camino correcto?

¿Por qué el circuito actúa actualmente de la forma en que lo hace? ¿Qué debo hacer para que funcione como se describe? Gracias

ACTUALIZAR:

Observé todas las entradas y salidas y no hubo oscilaciones. De hecho, tocar con mi osciloscopio el ánodo de la resistencia de carga me dio la forma de onda perfecta que estaba buscando. Luego toqué el ánodo de mi multímetro y allí estaba la misma señal, pero mi multímetro osciló entre 0,15 y 0,19 mA... ¿significa esto que mi multímetro está disparado? Estaba conectado en serie justo antes de la resistencia de carga.

¿Qué riel (es) de suministro está utilizando para el amplificador operacional (es un máximo operativo de 15.5 V)? ¿Tiene tapas de desacoplamiento justo en el suministro a tierra? ¿Ha mirado la salida del amplificador operacional en un osciloscopio para ver si está oscilando? En general, este tipo de circuito funciona bastante bien, por lo que es probable que tenga algo conectado incorrectamente o un problema de diseño/desacoplamiento.
el amplificador operacional está recibiendo 3.3v del regulador en mi arduino. Agregué una tapa de desacoplamiento de .1 uF del suministro a tierra en el amplificador operacional. Mi tapa no era lo suficientemente ancha como para colocarla directamente sobre el amplificador operacional, pero todavía es un camino corto a tierra. Verifiqué el voltaje oscilante en la entrada del amplificador operacional, aunque no tiene que oscilar, por lo que estoy usando una señal constante para probar en este momento.
OK- Mi punto sobre la oscilación era verificar que la salida del amplificador operacional no esté oscilando con una entrada de señal constante. (Es decir, verifique que no sea inestable debido al diseño). ¿Está aplicando un voltaje constante de 2 V en el terminal no inversor? Cuando haces eso, ¿qué mides en el terminal inversor y la salida del amplificador?
Verificaré eso esta noche, pero anoche recuerdo que la salida era como 1.6v por 1v en la entrada no inversora.
Si ese es el caso, el amplificador operacional no está cerrando el ciclo y algo es inestable o está conectado incorrectamente. ¿Tu transistor está al revés? Revisa los pinouts de todo.
Ese es el voltaje de salida que va a la base del transistor. Luego tengo el emisor entrando en la entrada no inversora y luego también a través de la resistencia de detección a tierra

Respuestas (2)

El opamp es de riel a riel y puede funcionar desde 3.3 V, así que está bien.

Una cosa a verificar es que Rl sea lo suficientemente pequeño. A 1 mA, el emisor de Q1 estará a 1 V. Eso significa que el colector debe tener un mínimo de 1,5 V, preferiblemente 2 V, para una buena regulación. Eso deja 16 V para la carga. Esto no puede ser más de 16 kΩ, de lo contrario no hay suficiente voltaje disponible para permitir que fluya 1 mA.

Sospecho que el amplificador operacional está oscilando. Verifique la salida del opamp con un alcance. Si está oscilando, la corriente promedio podría estar considerablemente fuera del punto de referencia.

Una pequeña capacitancia inmediatamente entre la salida opamp y su entrada negativa proporcionará "compensación". Hay muchas maneras de ver esto. Una forma es que esto ralentiza el opamp para que el resto del sistema parezca instantáneo al opamp, por lo que no causa retraso ni inestabilidad.

C1 proporciona la retroalimentación negativa inmediata de alta frecuencia para ralentizar el opamp. R2 proporciona una impedancia fija y conocida para que funcione. Los 100 pF que se muestran son probablemente más de los necesarios, por lo que es un buen punto de partida para eliminar la inestabilidad como problema. Una vez que todo esté funcionando, puede experimentar con qué tan pequeño C1 puede salirse con la suya. Al menos lo duplicaría en el circuito final, ya que no se puede probar en toda la gama de condiciones operativas y ambientales.

Lo mismo se aplica si Q1 es un transistor NPN (como se muestra arriba) o un FET de canal N.

Eso está bien, podría agregar un poco de resistencia en la ventaja base. (~ 100 ohmios) Para el FET, no estoy seguro de que haya suficiente espacio libre de voltaje (3.3 V) para encender el FET y comer la caída de voltaje R1. Me pregunto por qué @ scubadude22 no alimenta el opamp desde +18V.
@George: No hay necesidad de una resistencia en serie con la base. La retroalimentación mantendrá la corriente justo como debe ser, y no hay posibilidad de daño con R1 allí. Estoy de acuerdo con alimentar el opamp desde 18 V, excepto que este amplificador en particular solo puede tomar 15 V. Si usa un FET, entonces debe tener un voltaje de umbral de puerta bajo. A menos que realmente se requiera precisión adicional, me quedaría con un BJT ya que todo funcionará bien con un suministro de amplificador operacional de 3.3 V.
Probaré esto esta noche. Me gustaría una precisión dentro de 1 uA. El FET que probé tiene un voltaje de umbral de puerta de 0.8-3v. ¿Es lo suficientemente bajo? Si quisiera una corriente mínima de 100 uA, ¿significaría eso que el voltaje de umbral de la puerta debe ser de 100 mV?
@scub: 1 uA de 2 mA (1 parte en 2000) es una restricción bastante seria y totalmente irreal con las partes que mencionas. Piénsalo . La resistencia debe ser superior al 0,05 % (500 PPM), y el amplificador operacional debe tener una compensación de entrada superior a 1 mV, lo cual no es así. Tampoco puede usar un BJT debido a que la corriente base agrega demasiado error para su requisito. Sea realista o prepárese para comprar algunas piezas costosas y especiales, y probablemente guárdelas en una caja con temperatura controlada.
Hola @OlinLathrop, debo haber usado este circuito, o algún primo, al menos una docena de veces. Principalmente para conducir una corriente constante a través de bobinas de campo B. Ahora muchas veces funciona sin la resistencia base. Pero a veces no es así y el circuito oscila. La resistencia base parece arreglarlo. (No estoy seguro de por qué ... con un Darlington como elemento de paso, diría que siempre necesita la resistencia base). En estos días, simplemente lo coloco. más voltaje para masticar, además de solo Vbe.
@George: ¿Sus circuitos incluyen C1 y R2 como en mi esquema? Si los usa, no debería tener problemas de estabilidad que deban solucionarse con una resistencia base. Creo que su resistencia base aumenta la ganancia requerida del amplificador operacional, lo que ayuda con la estabilidad. Sin embargo, creo que C1 y R2 abordan la estabilidad de una manera más directa y explícita.

Esto debería funcionar 100% bien de la forma en que lo dibujaste, no cambies nada.

Sin embargo, verifique cuidadosamente el cableado en el amplificador operacional y otras partes. Hay algo mal cableado. Tal vez V- (pin 4) no está conectado a tierra o V+ (pin 8) en realidad no recibe los 3,3 V. O la entrada no inversora está flotando.

Esperaría diferentes síntomas si algo estuviera dañado (salida criticada).

Hola Spehro, ¿podrías decir algo sobre por qué crees que este circuito no oscilará? ¿Es la resistencia de sentido bastante grande de 1 k? Gracias
@GeorgeHerold Sí, la oscilación podría ser un problema si la salida del amplificador operacional estuviera muy cargada (especialmente capacitivamente), pero con ese circuito, la impedancia de salida ~ 100R del amplificador operacional no es un factor en la práctica. He usado esta configuración en muchos diseños de instrumentación y es realmente estable con amplificadores operacionales sensibles de ~ MHz GBW (tal vez si usara un amplificador de 1 GHz podría hacerlo cantar).
Parámetros para fuente de corriente controlada por voltaje
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