Widerstand am OPV Ausgang?
Warum wird hier ein Widerstand zwischen OPV Ausgang und Gate geschalten?
Edit: Und warum zwischen invertierenden Eingang und R_SET? Wegen den Bias Strömen? Da hab ich aber mit dieser Verschaltung keine Kompensation oder?
5 Antworten
Übrigens schaltet man oft einfach einen Widerstand vor die kapazitive Last (out-loop Kompensation): Dadurch bildet sich zusammen mit dem Ausgangswiderstand Ro des OPVs (der ja nicht Null ist) eine Nullstelle in der Schleifenverstärkung. Der durch die kapazitive Last und dem Ausgangswiderstand Ro entstehende Pol wird auf diese Weise kompensiert. Das bewirkt, dass man zusätzliche Phasenreserve gewinnt, wie man anhand des Bode Diagramms klar erkennt.
Qualitativ und auf dem Niveau eines durchschnittlichen Elektronikers ganz brauchbar erklärt werden die Verfahren (inklusive der etwas aufwändigeren in-loop Kompensation) in diesen Application Notes:
oder auch hier
Man muss es auch mathematisch nicht unebdingt exakt verstehen, da man Ro sowieso nicht kennt und das ganze eher empirisch ermittelt wird. Interessant ist es aber allemal. Nachzulesen hier.
- Q1 ist eine kapazitive Last (Miller-Kapazität)
- Im Zusammenhang mit kapazitiven Lasten werden OPV Schaltungen generell leicht instabil; auch bei intern kompensierten OPVs kann die zu kleine Phasenreserve, welche durch die kapazitive Last erzeugt wird zu Schwingungen führen.
- Cf bewirkt als Miller Kapazität ein Pol-Splitting und vergrößert die Phasenreserve.
- nennt man: In-loop compensation
Ich verstehe die Details auch nicht und würde R_iso und R_fb kurzschließen und C_f weglassen. Dann sieht die Schaltung schon viel übersichtlicher aus.
Sie erzwingt offenbar, dass an R_set die selbe Spannung anliegt, wie am Ausgang des DAC. Damit fließt durch R_set ein durch den DAC vorgegebener Strom. Da durch das Gate kein Strom fließt, fließt genau dieser Strom auch durch R_load. Es handelt sich also insgesamt um eine (durch den DAC gesteuerte) Konstantstromsenke.
Ich verstehe die Details auch nicht und würde R_iso und R_fb kurzschließen und C_f weglassen.
Das ist aber leider essenziell, ansonsten wird die Schaltung nur mit viel Glück nicht schwingen.
Da durch das Gate kein Strom fließt,
In das Gate fließt beim Schalten ein erheblicher Ladestrom; der sich ergebende Miller effekt verstärkt die Kapazität sogar noch. Es ist ein weit verbreitetet Irrglaube, dass in das Gate nichts hinein fließt. Die Ströme sind oftmals so groß, dass man einen eigenen Gate-Treiber benötigt, um überhaupt schnell (und das ist schon bei 100kHz) schalten zu können. Ich habe schon etliche FETs abgefackelt, weil ich dachte, dies wäre nicht notwendig.
Diese Art der Beschaltung ist der Goldstandard und seit Jahrzehnten bekannt (das hab ich sogar vor 40 Jahren schon gelernt)
Die Wichtigkeit des "Isolierwiderstandes" Riso ist mir auch nicht so ganz klar - es fließt ja praktisch kein Strom dadurch.
Der andere Widerstand Rfb ist dagegen absolut notwendig, denn er ist ja Teil des Gegenkopplungspfades. Ohne Gleichspannungs-Gegenkopplung kann der OPV ja nicht arbeiten (kein definierter Arbeitspunkt)
OK - ich dachte, Du meinst, dass er ersatzlos entfallen könnte. Welche Rolle sein Wert im Zusammenhang mit dem Rückkopplungskondensator spielt, kann man so nicht sagen. Ist ja eine Art PI-Regler.
Es ist immer schwer, eine Schaltung zu lesen und ihre Komponenten zu erläutern, wenn man die Aufgabe der Gesamtschaltung nicht genau kennt.
Das ist eigentlich die Gesamtschaltung. Es handelt sich um eine Konstantstromsenke. Riso wird wahrscheinlich VGS begrenzen (sobald Strom zum Gate fließt wird ja Spannung "weggenommen" und bei einem realen MOSFET kann hier ja durchaus ein kleiner Leakstrom fließen) und Rfb benötigt man vl. wegen möglicher Oszillation? Wobei ich da nicht ganz weiß wie das funktionieren soll.
Der Kondensator Cf ist sicherlich aus Stabilitätsgründen notwendig. Durch den FET im Rückkopplungskreis gibt es ja zusätzliche Verzögerungen (Phasendrehungen), welche besonders kritisch sind (im Hinblick auf Oszillationen) bei voller Gegenkopplung (wie hier). Der Cf senkt die Verstärkung mit steigender Frequenz ab, damit diese unterhalb von 0dB liegt, wenn die kritische Phasendrehung erreicht ist.
Die zusätzlichen Bauteile Riso, Cf und Rfb sorgen für eine Stabilisierung der Schaltung, damit sie nicht mit schwingen anfängt, etc... In einer idealen Welt bräuchte man sie nicht, aber in der Realität sind sie wichtig.
Naja für die Gegenkopplung wäre aber doch kein Widerstand nötig? An dem fällt ohnehin keine Spannung ab.