Nisam bio prisutan neko vreme..
Da ne lutate oko ovog sklopa:
Sklop iz posta #1 je analogni strujni ponor, i u pretpostavljenom ispravnom radu mosfet bi trebalo da radi u linearnom režimu.
To pravilo bi važilo u slučaju da su komponente idealne, ali na žalost nisu.
Prvi op-amp radi kao običan buffer sa jediničnim pojačanjem i njegova uloga je samo ostvarenje veoma velike ulazne impendanse, koja neće opterećivati potenciometar ili DAC, koji daje zadatak sklopu.
Drugi op-amp
nije u ulozi komparatora već predstavlja klasično rešenje strujnog ponora, gde je negativna povratna veza zatvorena tako što "vidi"pad napona na source otporniku mosfeta.
-------------------------------------------------
Pre nego što nastavimo o ovom sklopu trebalo bi da razjasnimo nešto o karakteristikama mosfeta.
IRFZ44N i IRFZ48N spadaju u familiju power mosfeta, građenih kao HEXFET.
Njihova HEXFET građa neće biti bitna za ovaj slučaj pa se nećemo time ni baviti. Uslovno rečeno, dovolno će biti za početak da znate da takva struktura ima veoma veliko naponsko pojačanje, da je sposobna da vrlo brzo uključuje i isključuje (switshing) velike struje.
Ono što je od prioritetnog značaja da se shvati je da: bilo koji tranzistor, bilo kog tipa, predisponiran za "switching" rad,
može raditi u linearnoj oblasti poput tranzistora namenjenog za linearan rad.
Zadržaćemo se na mosfet tipu tranzistora.
Ono što razlikuje njihove prenosne karakteristike je da "linearni" mosfet ima malo manju strminu A/V gejta, dok "switching" mosfeti imaju po pravilu nešto veću strminu.
Te razlike, kao i linearnost prenosne karakteristike, nisu uopšte toliko velike koliko se misli. Gledanjem dijagrama nekoih mosfeta skoro da se ne možete odlučiti da li je namenjen za linearan ili switching rad.
Na primer: često korišćen HEXFET mosfet IRF540, koji se koristi i za audio izlaz, kao i za switching aplikacije, eto ima baš takvu karakteristiku da se ne moete odlučiti za šta je predisponiraniji.
Oni "ultralinearni" su samo malo lnearniji od njega i imaju nešto manju strminu A/V, kada su u sličnom rangu Uds i Id.
Oni "switching" su takođe samo malo manje linearni i imaju nešto veću strminu. Nema oštre pregrade između tih kategorija. Ne deli ih ni frekvencija čak, već samo nagib pojava. U principu, "analogni" će biti rad sa malim nagibima uslovno, dok"switching" će biti rad sa velikim nagibima opet uslovno.
Zašto onda predisponiranost za jedno ili drugo?
Evo odgovora: Za switching režime je povoljniji onaj mosfet koji za manju promenu napona gejta može ostvariti veću promenu struje,
dakle onaj sa većom strminom karakteristike i onaj koji ima manji Qg.
Razlog za to je manja konzumacija snage za driver sklop, jer mora brzo i često puniti i prazniti Cgs i najopasniji Cdg jer nosi najviše energije.
To je onaj nesrećni Milerov kapacitet, koji za strme promene predstavlja jaku negativnu povratnu vezu, i kroz taj Cdg sam drain, svom raspoloživom strujom, "hrani" gejt na takav način da spreči promenu na njemu.
Driver sklop to mora savladati.
-------------------------------------
Kada jednom dovedemo neki napon na gejt mosfeta i imamo neku struju drejna, tada je impendansa gejta tolika da teži beskonačnoj, to jest, gejt neće trošiti skoro ništa.
Međutim, kada pokušamo da promenimo napon gejta, kroz Cdg će poteći struja u gejt, suprotnog smera od one koju "daje" driver sklop, pokušavajući da promeni Ug, i sve dok se promena ne završi ta struja će teći.
Sam driver sklop za to vreme mora "davati" struju u gejt ili je "uzmati" opet iz gejta.
Što je veći nagib promene U/t i što je veća količina promena u jedinici vremena (frekvencija), to driver sklop mora "davati" više snage.
Struja gejta za vreme prelaznih promena postoji i nije uopšta naivna. Kod aplikacija koje rade na višim frekvencijama se to meri amperima ili desetinama ampera.
Mosfeti su veoma brzi elementi i ono što ograničava njihovu konačnu "brzinu" je sposobnost strukture gejta na peleti da podese neku struju i discipaciju.
Običan IRF540 na primer može raditi kao izlazni stepen predajnika na nekoliko MHz, no tada će za drive njegovog gejta biti potrebno nekoliko W snage. Ako pokušamo da još većom frekvencijom (više desetina MHz) pokrenemo dotični mosfet, njegova gejt struktura na peleti će prediscipirati i istopiti se, i tu mu je kraj!
-----------------------------------------
Ug_treshold mosfeta je napon gejta pri kome će struja drejna dostići neku minimalnu vrednost, obično onu koja predstavlja stuju "curenja" drejna pri maksimalnom naponu drejna V(br)dss. Sama skraćenica pokazuje da je gejt spojen na sors i da je to maksimalni (breakdown) napon koji se sme dovesti u takvoj situaciji na drejn. U radnim uslovima taj napon mora biti manji. Sruja pri kojoj se oba parametra deklarišu je za slučaj firme "IR" je 250uA. (Nema usvojenog standarda oko toga).
Kod sva tri pomenuta mosfeta Ug_treshold je negde u rasponu od 2 do 4V.
Koliki će tačno biti zavisi od komada mosfeta i temperature (mada je dosta bliska veličina za iste tipove iz serije).
Kod sva tri će takođe za promenu od oko pola volta (4-4,5V) struja drejna dostići oko 10A, odnosno imaju sličnu strminu od oko 20A/V.
Dijagrami Id vs Vgs (Fig 3. u sva tri dokumenta) izgedaju zakrivljeno,
ali to je samo na prvi pogled.
Ti dijagrami imaju logaritamski prikaz struje drejna, zato što se struja drejna menja u velikom rasponu, i to je optimalan način da bi dijagram stao na dokument.
Kada bi se ista slika nanela na dijagram sa linearnim prikazom struje Id, to bi izgledalo skoro pravo.
U suštini su mosfeti vrlo linearne komponente.
Van toga, ono što je rečeno u prvom postu (Risto) da 9,5V ne može "otvoriti" IRFZ48N je [b]nemoguće. Sva tri pomenuta mosfeta će već sa 6V biti ozbiljno "otvorena". Može biti samo da je bilo nešto pogrešno u tom eksperimentu. [/b]
------------------------------------------------
Pominjanje komparatora (npejčić) takođe ne pije vodu.
Komparator i op-amp su skoro isto.
Izrazi se pre odnose na način i polje primene, kao i na građu IC.
Ono što ih razlikuje je to da se kod komparatora uobičajeno ne koristi negativna povratna veza, pa IC koji se predisponiraju za to ne moraju imati neku posebno linearnu karakteristiku.
Zato im je građa mnogo jednostavnija od op-amp, gde se uštedi na složenosti jer nema preke potrebe (videti uprošćene šeme unutrašnje građe npr. LM393 i uporediti sa npr. LM324).
Posmatrajmo IC komparator kao "sirotinjski" oblik lošijeg op-amp.
Koparator će raditi isto što i lošiji op-amp, kada mu se primeni negativna povratna veza, takođe će i op-amp raditi kao lošiji komparator kada mu se ne primeni negativna povratna veza.
U konkretnom sklopu iz posta #1, primenjena je veoma "čvrsta" negativna povratna veza na oba op-amp, te nema mesta za reč "komparator".
-------------------------------------------------------------------
Vratićemo se na naš strujni ponor sa slike iz posta #1.
Priča o mosfetima nije bila bez koristi i razjasniće deo problema ovakvih strujnih ponora.
Op-amp ima ograničenu sruju koju može "dati" na svom izlazu.
Mosfet je karakteristično kapacitativno opterećenje za op-amp, i to je zbirno Cgs i mnogo "štetniji" Cdg. Oba zbirno kod sva tri mosfeta iz priče prelaze vrednost od
nekoliko nF ukupno.
Naime Cdg biva multiplikovan za faktor naponskog pojačanja mosfeta i op-amp ga "vidi" kao mnogo veću kapacitivnost.
Pošto je naš strujni ponor analogni a ne switching sklop, Qg (Gate Charge) će nam biti zanimljiv samo na horizontalnom delu krive Vgs vs Qg.
To je oblast u kojoj teba da se kreće mosfet. No i ako je to manje od "Total Qg" to je i dalje i više nego mnogo za LM324.
LM324 ima interni strujni limit na oko 40mA i za punjenje kapaciteta koji ga opterećuje (gejt mosfeta), potrebno mu je neko
vreme.
To neminovno dovodi do kašnjenja negativne povratne veze, jer ono što će se pojaviti na sors otporniku (shunt) kasni za zadatom veličinom na + ulazu op-amp.
To kašnjenje će neminovno dovesti do oscilovanja IC1B u "saradnji" sa mosfetom, na frekvenciji gde fazna margina dostigne kritičnu zbog tog kašnjenja.
Ukoliko se pojavi induktivno opterećenje na drejnu (dugačke žice) ili na sorsu (induktivni otpornik ili dugačke žice), oscilacije će biti neminovne sa stoprocentnom sigurnošću pojavljivanja.
Da biste predočili sebi koje probleme izaziva kašnjenje povratne veze, pokušajte da zamislite da vozite auto po krivinama, gledajući u kameru na kojoj vam slika kasni samo jednu sekundu :-).
Imate jedan fini šaljivi videoklip na ovom forumu koji vrlo slikovito prikazuje takav problem. Ne mogu sada da ga tražim, potražite sami.
Šta bi morali uraditi da bi ste se doveli u bezbednu situaciju? Pa usporili biste vožnju do te mere da vaša greška u kretanju bude manja od opasne (na primer u okviru vaše kolovozne trake).
U ovom slučaju ćemo usporiti op-amp.
Da bi taj sklop uredno radio neophodna mu je frekventna kompenzacija, gde će vrednosti i broj komponenti komponenti za nju uveliko zavisiti od primenjenog mosfeta i razuđenosti veza.
Kompenzacija se može izvesti na sledeće načine kao iz priloženog pdf.
Idr_comp.pdf (Size: 5 KB / Downloads: 21)
Mogu se izvoditi po "težini" problema oscilacija u konkretnom slučaju. Red postupaka ako su svi potrebni je rangiran sa 1), 2) i 3) na priloženoj šemi.
Dalje, za opterećivanje izvora napajanja postoje dva suštinska načina:
-statičko opterećenje
-dinamičko (tranzijentno opterećenje)
Prvo, statičko, služi za ispitivanje maksimalne snage i termičkih sposobnosti DUT.
Drugi način (tranzijentni) služi za ispitivanje dinamičkog odziva DUT.
Ovaj naš strujni ponor je u suštini statičko opterećenje. Sa primenjenom frekventnom kompenzacijom može biti i dinamičko opterećenje u granicama svoje brzine.
Čak i tu nema neke posebne "pregrade". Tranzijent load su u principu veoma brzi dummy load, dok oni statički nisu dovoljno brzi za neko konkretno ispitivnje odziva. Vrlo je relativno u koju kategoriju koji "strpati" jer samo zavisi od brzne sklopa.
Vema važna stvar je da dva posebna dummy load, jedan statički a drugi tranzijentni, ne mogu zajedno opterećivati jedan isti izvor jer će tranzijentni dummy load destabilizovati statički i od ispravnog merenja nema ništa.
Za oba ispitivanja to mora biti jedan veoma dobro kompenzovan i veoma brz sklop (čitaj kao op-amp sa velikom strujom izlaza).
Neke linkove sa primerima takvih load je postavio Miki.
Sklop iz posta jedan ima razdelnik-reduktor napona-zadatka (R1 i R2), koji služi samo toma da prilagodi zadatak (0-5V) na promenu na shunt (0-2,5V).
Pozz
P.S.
Da dodam:
Ono što bi se trebalo pogledati je "output swing" primenjenog op-amp, posebno važno kod baterijskih aplikacija, tj. napon koji op-amp može doseći na svom izlazu sa nekim naponom napajanja.