एक * रेखीय * MOSFET ड्राइवर स्टेज डिजाइन करना

Question

मैं एक MOSFET ड्राइवर सर्किट की तलाश कर रहा हूं जिसे ट्रांजिस्टर को रैखिक एम्पलीफायर (स्विच के विपरीत) के रूप में संचालित करने के लिए एक op-amp और एक शक्ति MOSFET के बीच रखा जा सकता है।

पृष्ठभूमि

मैं एक इलेक्ट्रॉनिक लोड सर्किट विकसित कर रहा हूं जो लगभग 1। में लोड करने में सक्षम होना चाहिए। सबसे महत्वपूर्ण कदम का आकार छोटा है, 100mA कहते हैं, हालांकि एक बार जब मुझे लगता है कि काम किया है तो मैं भी 2.5A / .s की एक बड़ी सिग्नल कदम गति प्राप्त करना चाहूंगा। इसे 1 से 50 वी तक के स्रोतों को समायोजित करना चाहिए, 0 से 5 ए तक की धाराएं, और लगभग 30 डब्ल्यू का प्रसार करने में सक्षम होगा।

वर्तमान में सर्किट कैसा दिखता है। पहले के सवालों में दिखने के बाद से मैंने MOSFET को सबसे छोटे कैपेसिटेंस डिवाइस के साथ बदल दिया है जो मैं (IRF530N -> IRFZ24N) को खोजने में सक्षम था, और यथोचित विस्तृत बैंडविड्थ, उच्च स्लीव-रेट ऑप-एम्पी (LM358 -> MC34072) में रहते हुए जेली-बीन क्षेत्र में। मैं वर्तमान में स्थिरता उद्देश्यों के लिए op amp पर लगभग 4 का लाभ प्राप्त कर रहा हूं, जो मुझे 1MHz के पड़ोस में एक बैंडविड्थ देता है। आगे किसी भी रुचि के लिए नीचे पृष्ठभूमि।

समस्या

जबकि सर्किट यथोचित प्रदर्शन करता है, अब समस्या यह है कि स्थिरता है, ठीक है, स्थिर नहीं है :) यह दोलन या ऐसा कुछ भी नहीं करता है, लेकिन चरण प्रतिक्रिया अतिव्यापी (कोई ओवरशूट) से लेकर काफी कम (20%) तक हो सकती है। ओवरशूट, तीन धक्कों), स्रोत लोड होने पर निर्भर करता है। कम वोल्टेज और प्रतिरोधक स्रोत समस्याग्रस्त हैं।

मेरे निदान कि MOSFET के वृद्धिशील इनपुट समाई दोनों स्रोत की वोल्टेज के प्रति संवेदनशील है अच्छी तरह से किसी भी स्रोत प्रतिरोध द्वारा उत्पादित मिलर प्रभाव के रूप में के रूप में लोड किया जा रहा है, और है कि इस प्रभाव में पैदा करता है एक से ध्रुव "भटकना" है सेशन की स्रोत-आश्रित C g a t e MOSFET के साथ amp बातचीत ।$R_o$$C_{gate}$

मेरी समाधान रणनीति op-amp और MOSFET के बीच एक ड्राइवर चरण शुरू करने के लिए गेट कैपेसिटेंस के लिए बहुत कम आउटपुट प्रतिबाधा (प्रतिरोध) पेश करने के लिए है, जो भटकते हुए पोल को दसियों या सैकड़ों मेगाहर्ट्ज रेंज में चलाती है जहां मैं नहीं कर सकता कोई नुकसान नहीं।

वेब पर MOSFET ड्राइवर सर्किट की खोज में, जो मुझे लगता है कि ज्यादातर यह मानता है कि MOSFET को पूरी तरह से चालू या बंद करना चाहता है। अपने सर्किट में, मैं इसके रैखिक क्षेत्र में MOSFET को संशोधित करना चाहता हूं । इसलिए मुझे अपनी जरूरत के बारे में पूरी जानकारी नहीं है।

मेरा सवाल है: "क्या चालक सर्किट अपने रैखिक क्षेत्र में MOSFET की चालकता को संशोधित करने के लिए उपयुक्त हो सकता है?"

मैंने ओलिन लेथरोप को एक अन्य पोस्ट में पारित करने का उल्लेख किया है कि वह समय-समय पर इस तरह की चीज़ के लिए एक सरल एमिटर अनुयायी का उपयोग करेगा, लेकिन पोस्ट कुछ और के बारे में थी इसलिए यह सिर्फ एक उल्लेख था। मैंने op amp और गेट के बीच एक एमिटर फॉलोअर जोड़कर अनुकरण किया और यह वास्तव में उदय स्थिरता के लिए अद्भुत काम किया; लेकिन गिर सभी को गिराने के लिए गया था इसलिए मुझे लगा कि यह उतना सरल नहीं है जितना मैंने उम्मीद की थी।

मैं सोचने के लिए इच्छुक हूं कि मुझे पूरक BJT पुश-पुल एम्पलीफायर की तरह लगभग कुछ चाहिए, लेकिन उम्मीद है कि ऐसी बारीकियां हैं जो MOSFET ड्राइवर को अलग करती हैं।

क्या आप किसी सर्किट के खुरदरे मापदंडों को स्केच कर सकते हैं जो इस उदाहरण में चाल कर सकता है?

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रुचि के लिए आगे की पृष्ठभूमि

सर्किट मूल रूप से जेमेको 2161107 इलेक्ट्रॉनिक लोड किट पर आधारित था, हाल ही में बंद कर दिया गया था। मेरा अब इसके मूल पूरक :) की तुलना में लगभग 6 कम हिस्से हैं। मेरा वर्तमान प्रोटोटाइप उन लोगों के लिए इस तरह दिखता है, जो मेरी तरह, उस तरह की रुचि रखते हैं :)

स्रोत (आमतौर पर परीक्षण के तहत एक बिजली की आपूर्ति) सामने की तरफ केले के जैक / बाध्यकारी पदों से जुड़ा होता है। पीसीबी के बाईं ओर एक जम्पर आंतरिक या बाहरी प्रोग्रामिंग का चयन करता है। बाईं ओर घुंडी 10-टर्न पॉट है जिससे 0-3 ए के बीच एक निरंतर भार का चयन किया जा सकता है। दाईं ओर BNC 1A / V के स्तर पर लोड को नियंत्रित करने के लिए एक मनमाने ढंग से तरंग की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, लोड को आगे बढ़ाने के लिए एक वर्ग तरंग के साथ। दो हल्के-नीले प्रतिरोधों में प्रतिक्रिया नेटवर्क शामिल होता है, और बिना सोल्डर किए लाभ को बदलने की अनुमति देने के लिए मशीनी सॉकेट में होते हैं। यूनिट वर्तमान में एकल 9V सेल द्वारा संचालित है।

जो कोई भी मेरे सीखने के नक्शेकदम पर चलना चाहता है, मुझे यहाँ अन्य सदस्यों से मिली उत्कृष्ट मदद मिलेगी:

• क्या कभी ऑप amp इनपुट के बीच संधारित्र जोड़ना उपयोगी है?
• वर्धित सक्रिय-क्षेत्र स्थिरता के लिए गेट रोकनेवाला मान की गणना
• कैसे ऑप amp स्थिरता का परीक्षण करने के लिए?
• LTSpice इस op-amp दोलन की भविष्यवाणी क्यों नहीं करता है?
• एक ऑप-एम्प में जिस आवृत्ति पर दोलन किया जा रहा है, उससे क्या अनुमान लगाया जा सकता है?
• छोटा कदम अस्थिरता को बेहतर क्यों दिखाता है?
• $R_o$
• क्या यह Schottky MOSFET क्षणिक सुरक्षा प्रदान करता है?
• 55% फेज मार्जिन के साथ 60% ओवरशूट क्यों?
• मैं गेट कैपेसिटी कैसे माप सकता हूं?

मैं अच्छी तरह से चकित हूं कि इस तरह की एक सरल परियोजना सीखने के लिए इतनी समृद्ध प्रेरक है। यह मुझे बहुत सारे विषयों का अध्ययन करने के लिए अवसर दिया गया है जो बहुत अधिक ड्रायर होते अगर हाथ में एक ठोस उद्देश्य के बिना किया जाता है :)

Comments

स्थानांतरण वक्र के शून्य तापमान पार करने वाले बिंदु को स्थिर रखने के लिए, एक बैंडगैप डिवाइस के साथ एक निरंतर वर्तमान स्रोत का उपयोग किया जाता है। यह, साथ ही बहुत कम ट्रांसकॉडक्शन के साथ डिवाइस रैखिक क्षेत्र में MOSFET डिजाइन करने के लिए प्रमुख पैरामीटर है। आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले इस विशेष उपकरण के लिए ट्रांसफर फ़ंक्शन (Vgs vs Id) प्राप्त करना बहुत महत्वपूर्ण है, फिर मैन्युफैक्चरर्स (ज्यादातर मामलों में गलत!) द्वारा दिए गए कर्व्स पर क्षैतिज (Vgs) अक्ष में आवश्यक बदलाव करें।

— GR Tech

बफ़र्स के लिए, आप LH0002 या LH0033 ( ti.com/lit/an/snoa725a/snoa725a.pdf ) का अध्ययन करना चाह सकते हैं । वे काफी तेज थे। LH0002 काफी सरल है जिसे शायद विवेक से बनाया जा सकता है। मुझे संदेह है कि आईसीएस इन दिनों पाया जा सकता है।

— gsills

बहुत बढ़िया, धन्यवाद @gsills! :) मैं अभी उस शीट को प्रिंट कर रहा हूँ, इसे एक करीबी अध्ययन देने के लिए :)

— स्कैनि

Answer 1

यह वास्तव में एक दिलचस्प समस्या है, क्योंकि श्री मिलर के कारण लोड प्रतिरोध के साथ प्रभावी भार समाई की भिन्नता है, और आपकी ज़रूरत नहीं है कि इसे ओवरकम्पेंसेट न करें।

मुझे संदेह है कि एक पक्षपाती धक्का-पुल BJT आउटपुट ड्राइवर ठीक काम करेगा- शायद 4 छोटे BJTs (2 डायोड के रूप में जुड़े) एक युगल पूर्वाग्रह प्रतिरोधक और साथ ही शायद एक जोड़ी क्षीण अध: पतन में से प्रत्येक को छोड़ देता है।

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

अगर मैं ऐसा कर रहा था, तो मुझे बीफ़ फेंकने के लिए लुभाया जाएगा, लेकिन अभी भी काफी सस्ती है, इस पर एक एम्पलीफायर जैसे कि LM8263 के बजाय।

Comments

बहुत बहुत धन्यवाद Spehro, यह बिल्कुल उसी तरह की चीज़ है जिसकी मुझे तलाश थी! :) मैं इसे आज शाम योजनाबद्ध में जोड़ूंगा और सीखूंगा कि सिमुलेशन पर मैं इससे क्या कर सकता हूं। तब मुझे लगता है कि मैं इसे एक छोटी बेटी के बोर्ड पर मारूंगा और इसे प्रोटोटाइप में मिला दूंगा; मेरे पास सही जगह पर खुले पैड हैं जहां से मैंने गेट रोकनेवाला हटा दिया। मैं वापस रिपोर्ट करूँगा कि यह कैसे होता है :)

— स्कैनी

यह काम किया @Spehro! नीचे पूर्ण परिणाम रिपोर्ट। महान अनुभव सीखने, लेकिन अंतिम सर्किट के लिए :) एक LM8261 का परीक्षण किया जाएगा

— scanny

Answer 2

आउटकम रिपोर्ट

ठीक है, लघुकथा यह है: असतत बफर जोड़ने से काम हुआ! उस ने कहा, मुझे नहीं लगता कि मैं अपने सर्किट को इस तरह से डिजाइन करूंगा, बल्कि मैं @Spehro और @WhatRoughBeast की सिफारिश के साथ जाऊंगा और उच्चतर आउटपुट आउटपुट क्षमता के साथ सिर्फ एक सेशन amp का उपयोग करूंगा, मूल रूप से बफ़र स्टेज सही बनाया ऑप amp में।

यहां मैंने जो सर्किट इस्तेमाल किया है। सुंदर एक @Spehro प्रदान की के समान है, लेकिन वास्तव में वास्तव में LH0002 डेटापत्रक में एक है कि @gsills की सिफारिश की। मूल रूप से यह बिल्कुल उसी भागों का उपयोग करता था (1k के बजाय पूर्वाग्रह प्रतिरोधक मान 5k) बस कुछ अलग कनेक्शन, और ... डेटशीट ने कहा कि सर्किट में 40,000 का वर्तमान लाभ था ; खैर, मेरा लाभ पूरी तरह से खत्म हो गया और मैंने दो-चरण के संस्करण के लिए जाने का फैसला किया:

यह अच्छी तरह से सिम्युलेटेड है इसलिए मैंने इसे 5 x 7 बिट वर्बार्ड पर बनाया और मेरे प्रोटेस्ट पर बेटी बोर्ड के रूप में स्थापित किया:

और वोइला! 1 prettys वृद्धि (1.120 )s) के करीब सुंदर रफ़ू और 0V से 30V तक थोड़ा ऊपर और 100mA से 2.5A करने के लिए वर्तमान चरणों के साथ कोई रास्ता नहीं के साथ एक चट्टान के रूप में ठोस।

गिरावट 1.42: पर थोड़ी लंबी है:

$Q$$R_o$ सेशन amp समाधान के साथ भी मदद करता है।

तो यह निश्चित रूप से एक समृद्ध सीखने का अनुभव था। मैं आखिरकार अपने सिर को पुश-पुल बीजेटी एम्प्स के चारों ओर लपेटने के लिए मिला और मैं वास्तव में अब सर्किट के प्रदर्शन से प्रसन्न हूं। मुझे लगता है कि मैं थोड़ा और बैंडविड्थ प्राप्त करने के लिए लाभ उठाकर 1µ से नीचे आ सकता हूं, शायद 4 के बजाय 3 का लाभ।

उस ने कहा, मुझे नहीं लगता कि "प्रोडक्शन" सर्किट में एक असतत ड्राइवर स्टेज को जोड़ना सबसे अच्छी शर्त है, इसलिए मैंने एक मूल्यांकन बोर्ड और LM8261 @Spehro के नमूनों की सिफारिश की है। यह निश्चित रूप से एक प्रभावशाली सेशन amp है। मुझे नहीं पता था कि एक ऑप amp के रूप में ऐसी कोई चीज थी जो "असीमित समाई" चला सकती थी। डेटाशीट एक सर्किट 47nF ड्राइविंग दिखाती है, जो कि मेरी आवश्यकता से अधिक है।

तो हम देखेंगे कि भागों के आने के बाद कैसे होता है :)

Answer 3

जबकि मैं आमतौर पर स्पैरो से सहमत हूं, कुछ चीजें हैं जो मुझे लगता है कि आपको ध्यान देना चाहिए।

सबसे पहले, आपको अपनी पावर लाइन में कुछ डिकॉउलिंग जोड़ना होगा। 9-वोल्ट की बैटरी में आपके प्रदर्शन की आवश्यकता नहीं है। लगभग 10 यूएफ, टैंटलम, जितना आप प्राप्त कर सकते हैं, amp के करीब करने की कोशिश करें। तस्वीर से, ऐसा लगता है कि इस समारोह में एक इलेक्ट्रोलाइटिक सेवारत हो सकता है, लेकिन आप इसे अपने योजनाबद्ध पर नहीं दिखाते हैं। इससे भी बेहतर, 12-वोल्ट (अधिमानतः रैखिक) आपूर्ति प्राप्त करें, और पूरी तरह से बैटरी पर छोड़ दें। (आपको अभी भी डिकॉउलिंग, माइंड की आवश्यकता होगी, लेकिन कम से कम आपको बैटरी कम चलने की चिंता करने की आवश्यकता नहीं है।)

दूसरा, इनपुट तार के बजाय पावर स्क्वेसर्स के ग्राउंडेड साइड से अपने स्कोप ग्राउंड को जोड़ने का प्रयास करें। यह एक बड़ा अंतर नहीं होना चाहिए, लेकिन यह एक अच्छा विचार वैसे भी है।

तीसरा, Spehro बहुत कोमल किया जा रहा है - आपके सेशन amp जो आप चाहते हैं वह नहीं करेगा। सबसे पहले, इसके निपटान का समय 1.1 usec से 0.1% के रूप में सूचीबद्ध है, और यह किसी भी बाहरी चरणों के बिना है। दूसरा, आपका गेट आउटपुट पर 370 पीएफ लोड प्रदान कर रहा है, और यह बहुत अस्थिरता का स्रोत है। 400 nsec के नाममात्र बसने के समय के साथ, विशेष रूप से 500 pF के निर्दिष्ट भार के साथ, LM8261 एक बेहतर विकल्प है। एक सावधानी, हालांकि - LM8261 की व्यापक बैंडविड्थ दोलन के कुछ अन्य स्रोत की संभावना की अनुमति देगा, इसलिए तैयार रहें। आपके पीसीबी का लेआउट इतना कड़ा है कि यह एक समस्या नहीं होनी चाहिए, लेकिन आप कभी नहीं जानते हैं।

चौथा, यदि आप वास्तव में 50 वोल्ट की आपूर्ति को 5 एम्पियर तक लोड करने की उम्मीद करते हैं, तो आपको 250 वाट के प्रसार के लिए खुद को इस्तीफा देना होगा। 30 वाट सिर्फ इच्छाधारी सोच है। यह लगभग निश्चित रूप से कई FET की आवश्यकता होगी और एक बहुत बड़ा हीट सिंक, शायद मजबूर वायु शीतलन के साथ।

Comments

बैटरी के प्रदर्शन के बारे में, क्या आप कह रहे हैं कि आपको लगता है कि आंतरिक प्रतिरोध (लगभग 1.7 just जो मैंने अभी खोजा है) लोड स्टेपिंग के दौरान वोल्टेज डुबकी के लिए पर्याप्त होगा? सर्किट में 100µF इलेक्ट्रोलाइटिक के साथ-साथ बैटरी के समानांतर 100nF सिरेमिक है। माफी, योजना में शामिल करने के लिए नहीं सोचा था। जांच ग्राउंड पर, मैं आमतौर पर रेसिस्टर ग्राउंड का उपयोग करता हूं, यह बस थोड़ा कम हो रहा था इसलिए मैंने सोचा कि मैं इसे थोड़ी देर के लिए छोड़ दूंगा :) मैं थोड़ा और अधिक शोर उठाता हूं, लेकिन तरंग ने बिल्कुल नहीं बदला है। मुझे बाद में निर्माण के लिए कुछ और सटीक मिलेगा।

— 5

बिजली अपव्यय पर, हां, मेरा मतलब यह नहीं था कि यह 50 वी और 5 ए दोनों एक ही समय में कर सकता है :) कुछ बिंदु पर मैं उस के लिए एक सुरक्षा सर्किट के लिए कुछ सोचा दे सकता हूं। इस बीच मैं सिर्फ एक हाथ को

— हीटसिंक

@ बैटरी की आंतरिक प्रतिबाधा आवश्यक रूप से स्पेक्ट्रम के पार स्थिर नहीं होती है और बैटरी के कम हो जाने से बढ़ जाएगी। आप इसके बारे में कहानियाँ भी पढ़ सकते हैं: ganssle.com/articles/Exofoolishness.htm

— यूजीन

@WhatRoughBeast मुझे लगता है कि MOSFET में बिजली अपव्यय केवल MOSFET पर वोल्टेज ड्रॉप और वर्तमान प्रवाह पर निर्भर करता है: Pdiss = VDS × IDS। यही मुख्य कारण है कि MOSFETS रैखिक क्षेत्र में अधिक फैलता है। अस्थिर स्थिति को कम करने के लिए SOA आरेख इस मामले में बहुत महत्वपूर्ण है।

— जीआर टेक

Answer 4

बस एक सुझाव ... मैं एक LM8261 प्रतिस्थापन की तलाश कर रहा था, SOT23-5 पैकेज में, IXTN90N25L (23nF Ciss) जैसे MOSFETS को रैखिक मोड में चलाने के लिए। LM7321 को अधिक आउटपुट करंट रेटिंग और LM8261 के समान बैंडविड्थ के साथ मिला। बेशक, SOT23-5 प्रतिबंध को हटाकर, आपको अन्य उच्च आउटपुट करंट ऑप एम्प्स मिल सकते हैं, बस ti.com चयन का उपयोग करें।

Answer 5

एमिटर फॉलोवर्स कैपेसिटिव केबल लोड के साथ दोलन के लिए कुख्यात हैं। एक छोटी सी श्रृंखला R इसे स्थिर बना सकती है।

Answer 6

मैं प्रतिक्रिया रोकनेवाला R10 पर एक संधारित्र चिपकाकर शुरू करूंगा। तब मस्जिद के लिए एक प्रतिरोधक विभक्त जोड़ना, जब वह अपने रेखीय (ट्रायोड) क्षेत्र में शुरू होता है, तो मस्जिद को पूर्वाग्रहित करने के उद्देश्य से।

इसके लिए मेरे पास तर्क है: फीडबैक लूप में बैंडविड्थ को सीमित करने के लिए संधारित्र के बिना बहुत अधिक ऑप्‍प्‍स ऑसिलेट करते हैं। मैं व्यक्तिगत रूप से इसे अधिक से अधिक बार अनिवार्य मानता हूं।

यदि मस्जिद अपने रैखिक क्षेत्र में शुरू होती है, तो ऑपम्प में एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु होने की संभावना होती है, जहां यह अचानक एक त्रिशूल वोल्टेज तक पहुंचने के बजाय परिवर्तनों पर प्रतिक्रिया कर सकता है। बस प्रतिरोध को बड़ा करें।

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

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मैंने वास्तव में आपके द्वारा सुझाई गई "इन-द-लूप" क्षतिपूर्ति योजना के साथ शुरुआत की। दुर्भाग्य से यह सबसे खराब स्थिति वाले गेट कैपेसिटेंस को समायोजित करने के लिए बैंडविड्थ को मारता है। यह प्रतिक्रिया सर्किट को तीसरे क्रम में भी बनाता है, जिससे चरण प्रतिक्रिया भी धीमी हो सकती है। 20 की वृद्धि का समय सबसे अच्छा था जो मैं इस योजना के साथ कर सकता था। ड्राइवर का विचार MOSFET से op-amp को प्रभावी ढंग से अलग करना है ताकि कोई क्षतिपूर्ति आवश्यक न हो और अधिकतम उपलब्ध बैंडविड्थ को संरक्षित किया जा सके। प्रतिरोधक वोल्टेज विभक्त पर, मुझे यकीन नहीं है कि मैं op-amp देने की योग्यता देखता हूं, जिसके खिलाफ काम करना है।

— स्कैन

"फीडबैक लूप में कम-पास फिल्टर।" यह हाई-पास फिल्टर की तरह दिखता है ।

— पीटर मॉर्टेंसन

@ scanny ठीक है, क्या तुमने opamp और गेट के बीच एक श्रृंखला रोकनेवाला की कोशिश की? (लगभग 50 ओम) और दूसरी प्रतिक्रिया पाश जोड़ रहे हैं? (ADI से AN-968 देखें)

— user55924

हां, यह वास्तव में मूल सर्किट (47,) का हिस्सा था, लेकिन एक बार जब प्रतिक्रिया संधारित्र को हटा दिया गया था, तो इसके लिए कोई उद्देश्य नहीं था और इसे छोड़कर केवल जोड़ा जाएगा , आगे बढ़$R_o$$R_o + C_{iss}$

— स्कैन