amplificador operacional + mosfet = fuente de corriente. ¿Por qué necesitamos una resistencia de retroalimentación?

R2 (10k R4 en mi diagrama) está ahí para formar junto con C1 (condensador de 1nF) un integrador Miller para evitar oscilaciones no deseadas. Y sí, este circuito a veces oscilará, principalmente debido a un diseño deficiente de PCB/placa de pruebas. Y aquí tienes un ejemplo del mundo real (el de la placa de pruebas).

Sin la capacitancia de Miller:

Y después de agregar la capacitancia de Miller al circuito:

http://www.ecircuitcenter.com/Circuits_Audio_Amp/Miller_Integrator/Miller_Integrator.htm

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Hoy vuelvo a probar este circuito. Y los resultados son: Para RG = 0 Ohmios ; RF = 10k ohmios sin oscilación del circuito de capacitancia de Miller (I_carga de 1 mA a 1 A).

Pero sorpresa sorpresa Si corto la resistencia de RF (10K), las oscilaciones desaparecen mágicamente (incluso si RG ​​= 1K ohmios).

Entonces, parece que la causa principal de una oscilación en mi circuito fue una resistencia de retroalimentación. Sospecho que RF junto con la capacitancia de entrada opamp y alguna capacitancia parásita agregan un polo (retraso) al circuito y el circuito comienza a oscilar.
Incluso cambié el amplificador operacional a "uno mucho más rápido" (TL071). Y los resultados fueron casi los mismos, excepto por el hecho de que la frecuencia de las oscilaciones fue mucho más alta (713 kHz).

No necesita una resistencia de retroalimentación y tampoco necesita C1. Supongo que el "diseñador" tiene una extraña percepción de que el circuito oscilará sin ellos, pero no es así.

• La oscilación ocurrirá si Q1 proporciona ganancia; no lo hará porque es un seguidor de fuente.
• La oscilación ocurrirá si Q1 produce un cambio de fase significativo y esto es más una posibilidad, pero aún es poco probable si R1 (resistencia de puerta) se mantiene en un valor bajo.

De hecho, debido a la presencia de R3, es probable que R1 sea superfluo para los requisitos.

Aquí hay un circuito de ejemplo de Analog Devices: -

No veo las dos resistencias y el condensador en este esquema. Si estaba usando un amplificador operacional deficiente para esta aplicación (debido a que los voltajes de compensación de entrada causan imprecisiones en la corriente) como el LM358, entonces debería considerar usar un transistor bipolar como se muestra en la hoja de datos en la página 18: -

Sin embargo, creo que funcionará con un MOSFET siempre que no use una resistencia de puerta (o una muy pequeña). Hay muchos ejemplos del uso del LM358 con MOSFET sin todos los "extras": -

Esta es una configuración estándar para manejar una carga capacitiva como cables largos (dentro de una configuración de sumidero de corriente estándar).

El propósito de R1/R2/C1 es desacoplar la salida del amplificador operacional de la carga capacitiva presentada por la capacitancia de puerta/fuente MOSFET en serie con R3 .

No es necesario si R3 es significativamente grande en comparación con la impedancia de salida de bucle abierto del amplificador operacional (entre 8 y 70 ohmios para amplificadores operacionales ordinarios comunes** con corrientes de suministro en el rango de ~1 mA por amplificador) o si el MOSFET tiene una capacitancia de entrada baja, o si el amplificador operacional está diseñado para funcionar con una carga capacitiva grande o ilimitada (si alguna de esas tres condiciones es cierta).

R1 aísla la carga, mientras que C1/R2 proporciona una segunda ruta de retroalimentación (también conocida como "compensación en bucle"). Si tiene R1, debe tener C1/R2. R1 solo empeora la situación.

** Debe tener mucho cuidado con los amplificadores operacionales de baja potencia, que a menudo recomiendan aislar cargas capacitivas superiores a solo 100pF.

Editar: @ G36 ha proporcionado una medida del mundo real que ilustra el efecto (+1). Probablemente no oscilaría con R2 = 0$\Omega$en lugar de 330, pero eso depende del MOSFET utilizado y de la carga en el circuito de drenaje. En cualquier caso, reducirá el margen de fase, lo que provocará un exceso o defecto de corriente.

Edit': En cuanto a la elección de los valores para una situación dada, consulte esta referencia. R2 debe ser un valor tal que sea mucho más alto que R3 y no tan bajo que provoque una compensación indebida u otros efectos negativos. Digamos en el rango de 1K-10K normalmente, pero podría ser más alto o más bajo para potencias muy bajas o frecuencias altas, respectivamente.

Así que elige un valor para C1. El valor mínimo de R2 es:

$R_2 (min) = C_L \frac{R_O + R_1}{C_1}$donde RO es la resistencia de salida de bucle abierto del amplificador operacional y C_L es la capacitancia de carga.

Entonces, si la capacitancia de carga es de 10 nF, incluido el efecto Miller, R1 es de 100 ohmios, RO es de 100 ohmios y C1 es de 100 nF, entonces R2 (mín.) = 20 ohmios. Entonces, el circuito que se muestra (si mis suposiciones son razonables) está muy sobrecompensado y responderá con mucha más lentitud de lo necesario.

Si elegimos C1 = 100pF, entonces R2 = 10K. O podría usar 1nF y 1K.

El capacitor en este circuito evita un pico de corriente cuando el circuito se enciende. Cuando el circuito está apagado, está completamente descargado, y cuando se enciende, la salida será VC y la corriente estará apagada o más baja que el objetivo. El terminal negativo del amplificador operacional se activará con la salida del amplificador operacional. La salida aumentará hasta que se alcance el valor objetivo.

Si no está presente, el terminal negativo del amplificador operacional estará conectado a tierra mientras que la salida del amplificador operacional aumenta a un voltaje más alto que el objetivo a medida que impulsa la capacitancia de la compuerta a través de 100 ohmios y es posible que se sature. Cuando el FET se enciende, puede ocurrir un sobreimpulso a medida que el amplificador operacional se recupera de la saturación.

Bueno, es un circuito extraño. No necesariamente malo.

Tenga en cuenta que la salida del amplificador operacional es una pequeña señal a tierra y verá que R2 y C1 forman un filtro de paso bajo. El R1 que actúa contra la puerta del transistor también actúa como un filtro.

C1 también inyecta cambios en la salida del amplificador operacional en la entrada inversora y, por lo tanto, acelera su respuesta a los cambios de paso en la entrada de control. Esto tiene el impacto de ralentizar la respuesta de la salida del amplificador operacional.

La optimización del circuito dependerá, entre otras cosas, de la impedancia de entrada del amplificador operacional.

Curiosamente, todo esto se combina para permitir que este circuito se optimice para cambios dinámicos en la carga y en la referencia de entrada de forma independiente.