Усилитель до 300 кГц, прямоугольного сигнала Опции

[KARLSON]

Здравствуйте. Необходим усилитель прямоугольного сигнала частотой от доли Герца до 300 кГц, амплитудой +/- 3В.
Питание усилителя +/- 24В.
Нагрузка индуктивность от 17 мкГн до 30 мкГн. Ток, того же прямоугольного сигнала через индуктивность, +/- 6А.
Решил взять за основу усилитель звукового сигнала. Нашёл эту схему:

Понравилась симметрией и мало деталей.
Нарисовал в Мультисиме v11.0 (в приложении).
Пока ничего хорошего не получилось, изменял парамметры ООС, уменьшал все конденсаторы, не помогает.
Соответственно у меня 2 вопроса:
1) Что поменять в схеме, что бы стала работать.
2) Может эта схема вообще не работоспособна для моей задачи? Что можете посоветовать?

Прикрепленные файлы

 v2.rar ( 250.47 килобайт ) Кол-во скачиваний: 16

 

[stells]

а почему бы не сделать на умощненном ОУ? можно высоковольтном opa551 (552)

[KARLSON]

А есть модель этой микросхемы для мультисима у вас? У меня нет. Хотя есть в живую.

[stells]

Хотя есть в живую.

ну? так а зачем модель тогда? спаять быстрее будет, чем симулировать

[Plain]

Необходим усилитель прямоугольного сигнала частотой от доли Герца до 300 кГц, амплитудой +/- 3В. Питание усилителя +/- 24В.

У прямоугольного сигнала всего два уровня, в данном случае "–24 В" и "+24 В", т.е. речь о простом драйвере?

[KARLSON]

Нет. После индуктивности стоит датчик тока 0,5 Ом. С него и берётся сигнал ООС. Для 6 ампер на резисторе должно быть +/- 3В.

[Plain]

Т.е. речь о простом преобразователе напряжение-ток?

[KARLSON]

В общем, да. Но я думаю он не будет простым. Проблемы у нас начинаются с 100 кГц.

[Пушкарев Михаил]

Нет. После индуктивности стоит датчик тока 0,5 Ом. С него и берётся сигнал ООС. Для 6 ампер на резисторе должно быть +/- 3В.

По сути дела, Вам нужен усилитель постоянного тока с токовой обратной связью, работающий на индуктивность с полосой пропускания на полной мощности порядка 2-3 МГц. Задача не тривиальная и первой попавшейся радиолюбительской схемкой не решается.
С другой стороны, при питании 24 В ток в индуктивности 17 мкГн достигнет установившегося значения только за 4,25 мкс, и хватит полосы пропускания на полной мощности 200-300 кГц.

Сообщение отредактировал Пушкарев Михаил - Jul 30 2012, 09:28

[KARLSON]

работающий на индуктивность с полосой пропускания на полной мощности порядка 2-3 МГц.

Можно сузить полосу. К 300 кГц допускается иметь на выходе сигнал близкую к синусоиде (за счёт фронтов).

[Altemir]

Как вариант, посмотрите в сторону решений от Cirrus Logic. У них есть достаточное количество мощных (до 125Вт) и высоковольтных (до 1000В) интегральных усилителей, которым требуется минимум обвязки (Ку, полоса и токовое ограничение). Бегло глянул номенклатуру, под ваши требования попадают.

[KARLSON]

А ссылка на номенклатуру не осталась случайно?

[Altemir]

Раз и два

Мне этот понравился, вот только не ценой

[KARLSON]

А на сколько ухудшаться параметры при питании +/- 24В?
И какую скорость нарастания сигнала мне взять за минимум?

[Rst7]

Здравствуйте. Необходим усилитель прямоугольного сигнала частотой от доли Герца до 300 кГц, амплитудой +/- 3В.
Питание усилителя +/- 24В.
Нагрузка индуктивность от 17 мкГн до 30 мкГн. Ток, того же прямоугольного сигнала через индуктивность, +/- 6А.

Что-то больно знакомые параметры. А случайно индуктивность которая нагрузка - это не катушка, в которой пациент поджаривается?

[KARLSON]

в которой пациент поджаривается?

Зачем людей пугать)) Наоборот, там расслабляются.

[KARLSON]

ОУ AD818
1) Скажите, есть методика расчёта резисторов усилителей в приложении? Надоело методом тыка. Хотя есть удачные тыки))
2) В чём преимущество в схеме на рис.2? То, что можно применить мощные транзисторы с малым коэф. передачи тока?
3) Кроме частотной характеристики ОУ, ограничение по частоте задают транзисторы?
4) Если применить мощные транзисторы КТ825/КТ827 (у них большой коэф. передачи и большая частота) первая схема их раскачает?
5) я понимаю, что все транзисторы работают как повторители напряжения. Есть ли схема, при котором транзисторы Т3 и Т4 работали как усилители напряжения?

P.S. Заказали усилители MP111A. Ждём. Как вдарим 100В! )))

Сообщение отредактировал KARLSON - Aug 17 2012, 06:26

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Altemir]

P.S. Заказали усилители MP111A. Ждём. Как вдарим 100В! )))

Может, не совсем в тему, но для лаборатории мы себе такого красавца взяли

[KARLSON]

Что нам толку от него, ток 150 мА. Хотя на заметку взял.

Сообщение отредактировал KARLSON - Aug 17 2012, 08:53

[A.W.P.]

Что нам толку от него, ток 150 мА. Хотя на заметку взял.

Посмотрите личные сообщения.

[Altemir]

Что нам толку от него, ток 150 мА. Хотя на заметку взял.

Есть, конечно, и помощнее, но это совсем уже другой порядок цен. Да и диапазон от 9кГц до 250МГц - не для наших задач

[Меджикивис]

Возьмите LM3886 - 10-амперный ОУ. Я на нем стабилизатор тока делал. На 24 В как раз должен потянуть без всяких транзисторов.
Только не берите в корпусе TF,- а с металлической основой, и на хороший мощный радиатор, потому что стабилизация по току - это тяжелый режим по мощности.

Цена микрухи в начале этого года в Москве была 450 руб за штучку.

[KARLSON]

Вроде как минимум 2 МГц пропустить может через себя. Надо попробовать.

[rudy_b]

Скорее всего, ничто из перечисленного не будет нормально работать в вашей ситуации. Проблема в том, что ваша нагрузка - интегрирующее звено (ОС берется с резистора после индуктивноси) и в обратной связи возникает дополнительный фазовый сдвиг - запаздывание сигнала ОС на 90 градусов. Суммируясь с фазовым сдвигом самого усилителя он может (и, скорее всего, будет) приводить к генерации. Поэтому основная проблема - это устойчивость, и следует выбирать усилители с небольшим усилением, но хорошей устойчивостью и правильной ФЧХ.

Но, может быть луче сделать иначе - или сделать генератор вместо усилителя - например генератор тока, или сделать предкоррекцию сигнала (дифференцирование) и ОС по напряжению. Есть и иные способы, но нужно более подробное описание задачи.

[Tanya]

Скорее всего, ничто из перечисленного не будет нормально работать в вашей ситуации. Проблема в том, что ваша нагрузка - интегрирующее звено (ОС берется с резистора после индуктивноси) и в обратной связи возникает дополнительный фазовый сдвиг - запаздывание сигнала ОС на 90 градусов.

Это горе можно вылечить. В данной ситуации. Подлечить. Испортим шунт.
Последовательно с шунтом добавить индуктивность... Такую, что постоянные времени основной катушки и и шунта с добавленной индуктивностью будут примерно равны. Добавленная индуктивность будет много меньше основной и мало повлияет на время выхода. Оно, конечно, и будет определяться этой самой постоянной времени. Фронты будут завалены, но работать будет устойчиво... если все остальное нормально сделать.
Можно даже для исправления вместо меандра на вход подавать меандр + его производную (почти) ... грубо так.
Максимальная скорость нарастания будет определяться максимальным напряжением на выходе и бОльшей индуктивностью, естественно.
С этим никак не справиться, если не сделать отдельный индуктивный накопитель, который коммутировать на катушку.
Однако... пациенту может быть не очень комфортно при определенных условиях.

[KARLSON]

rudy_b, помимо того, что индуктивность даёт задержку, мы ещё в цепь ОС вводили задержку RC цепью, тем самым вытягивали фронты. И ничего, не возбуждался, пока новые печатные платы не пришли, в которых мы не нашли отличия от предыдущих.

Tanya, ваше сообщение надо переварить)) Я так понимаю, вы предлагаете сигнал для ОС брать в соединении между катушками? Но в таком случае исказится ток через катушку, разве нет? Нам важен ток, а не напряжение на катушке.
По поводу "Однако... пациенту может быть не очень комфортно при определенных условиях." Пациент вообще ничего не почувствует, какой бы формы ток не был))

[Tanya]

Tanya, ваше сообщение надо переварить)) Я так понимаю, вы предлагаете сигнал для ОС брать в соединении между катушками? Но в таком случае исказится ток через катушку, разве нет? Нам важен ток, а не напряжение на катушке.
По поводу "Однако... пациенту может быть не очень комфортно при определенных условиях." Пациент вообще ничего не почувствует, какой бы формы ток не был))

Пациенту будет не очень комфортно, если где-то пробьет изоляцию при коммутации индуктивного накопителя на катушку.
А по поводу того, как исказится форма тока... Кто сказал, что необходим правильный меандр...
Я (лично Я) думаю, что это очередная "панацея" и не отношусь к этому серьезно.
Если Вы относитесь к этому серьезно, то изложите механизм воздействия именно меандра именно этой частоты на... (скорость какой-нибудь реакции, нервные окончания.... активный центр гемоглобина...тут возможны варианты) пациента. А форма тока будет нормальная - Вы должны загнать энергию в катушку. А что у Вас есть... только источник напряжения. Вот быстрее и не получится никак без индуктивного накопителя.
Фактически Ваш усилитель должен быть ПИД-регулятором. Вот его дифференциальная компонента и ускорит процесс, выдавая максимальное напряжение на фронте.

Пациент вообще ничего не почувствует, какой бы формы ток не был

Вероятнее всего. Только его карман.

[rudy_b]

Это горе можно вылечить. В данной ситуации. Подлечить. Испортим шунт...

Как только мы это сделаем мы будем задавать не ток, а нечто иное.

Можно даже для исправления вместо меандра на вход подавать меандр + его производную (почти) ... грубо так...

Это нормальный подход - предискажение сигнала. Т.е., в данном случае, подавать на основной усилитель (с ОС по напряжению) производную меандра (т.е. пик на переходе, затем константа в сотню раз меньшая) - если нагрузка идеальная индуктивность+небольшой резистор. Величина пика - определяется индуктивностью и требуемым фронтом тока. А дополнительным параллельным слабеньким каналом подкорректировать небольшие отклонения тока. Это сильно упростит задачу.

Но проще сделать несколько иначе - исходно работать с генератором тока. Например загнать ток нужной формы в исток полевика, а индуктивную нагрузку поставить в его сток. Максимальная скорость будет ограничена насыщением полевика и напряжением защитного стабилитрона, но, зато, никаких проблем с ОС.

rudy_b, помимо того, что индуктивность даёт задержку, мы ещё в цепь ОС вводили задержку RC цепью, тем самым вытягивали фронты. И ничего, не возбуждался, пока новые печатные платы не пришли, в которых мы не нашли отличия от предыдущих.

Что-то вы странное говорите, так не бывает. Две интегрирующие цепочки в петле ОС гарантируют генерацию с учетом внутренней задержки усилителя. Вероятно у вас все-таки параметры нагрузки иные, чем были указаны. Желательно более подробно описать задачу.

[Tanya]

Как только мы это сделаем мы будем задавать не ток, а нечто иное.

Именно ток, который будет естественным образом устанавливаться.

Но проще сделать несколько иначе - исходно работать с генератором тока. Например загнать ток нужной формы в исток полевика, а индуктивную нагрузку поставить в его сток. Максимальная скорость будет ограничена насыщением полевика и напряжением защитного стабилитрона, но, зато, никаких проблем с ОС.

И получится? Не верю. Т.е. физику отменяем. И ток с точкой не будет зависеть от напряжения и индуктивности. Очень интересно.

[rudy_b]

Именно ток, который будет естественным образом устанавливаться.

То, о чем вы говорите, называется фазовой коррекцией в цепи ОС. Шунт при этом трогать не стоит.

И получится? Не верю. Т.е. физику отменяем. И ток с точкой не будет зависеть от напряжения и индуктивности. Очень интересно.

Как это не покажется вам странным - многократно делали и прекрасно получалось. Именно физика нам и обеспечит равенство тока в истоке и стоке полевика. Только обратные связи в полевике - первого порядка, а не 2-3 как в опере, и генерация в нем намного менее вероятна (хотя, в умелых руках...).

[Tanya]

Шунт при этом трогать не стоит.

А попробуйте. Он не всегда горячий.

Как это не покажется вам странным - многократно делали и прекрасно получалось. Именно физика нам и обеспечит равенство тока в истоке и стоке полевика. Только обратные связи в полевике - первого порядка, а не 2-3 как в опере, и генерация в нем намного менее вероятна (хотя, в умелых руках...).

У Вас в транзисторе батарейка?
Я вот твердо знаю, что индуктивность надо питать напряжением, а конденсатор - током.
Дроссель (катушка) ведь сам(а) по себе источник тока. А включать два источника тока друг не друга с целью посмотреть, кто кого убьет мне не хочется.
Вот в данном случае автору вполне можно рекомендовать источник напряжения ключ и шим.

[Меджикивис]

Например загнать ток нужной формы в исток полевика, а индуктивную нагрузку поставить в его сток.

Если требуется однополярный выход, то это одно из лучших решений.
Если требования к точности не слишком высоки, можно применить даже биполярник: проверенное, простое и эффективное решение.

Я вот твердо знаю, что индуктивность надо питать напряжением, а конденсатор - током.
Дроссель (катушка) ведь сам(а) по себе источник тока. А включать два источника тока друг не друга с целью посмотреть, кто кого убьет мне не хочется.

Вы не совсем правы. Например, задача питания индуктивности током существовала в телевидении: катушки отклонения кинескопа питаются как раз током, так как необходимо было получать определенной величины магнитное поле, пропорциональное именно току.
Не буду повторять общих мест, Вы сами знаете, как она решалась.

Вот в данном случае автору вполне можно рекомендовать источник напряжения ключ и шим.

И с какой частотой получается ШИМ, если сам сигнал до 300 кГц? А пульсация ШИМ должна сгладиться очень хорошо, потому что в магнитном поле - живой организм, и наложение ВЧ-составляющей - неизвестно к каким последствиям может повести.

ЗЫ:
А вообще в мощных стабилизаторах тока, действительно, ШИМ это большое преимущество. Без нее регулирующие элементы превращаются реально в печку.

[KARLSON]

Давайте не будем забывать, что мне нужен двухполярный ток. Двухполярный генератор тока в гугле не нашёл. Единственное,что под этим лозунгом нашёл так это преобразователь напряжения - ток . Попробую в мультисим загнать. Что то он слишком простой.

[Tanya]

Вы не совсем правы.

Все уже обсуждалось. И не раз. Вот, например, -
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=872378

Давайте не будем забывать, что мне нужен двухполярный ток. Двухполярный генератор тока в гугле не нашёл. Единственное,что под этим лозунгом нашёл так это преобразователь напряжения - ток . Попробую в мультисим загнать. Что то он слишком простой.

Я очень сильно сомневаюсь, что для медицинских применений нужно знакопеременное поле. Даже уверена.
Очень Вам не рекомендую использовать генератор тока на индуктивную нагрузку. На емкостную или резистивную (активную... не знаю, как сказать) - другое дело.

[Меджикивис]

Токовое зеркало.
Применяется на слабых токах (миллиамперы). Пары транзисторов должны быть хорошо согласованными, иначе точность окажется низкой.

В силовом варианте вряд ли получится, потому что разогревающийся транзистор начнет сильно "плыть".

Я думаю, что проще, чем нагрузка в обратной связи операционника, вряд ли что найдется, хотя это не без проблем, как выше правильно говорили.

[KARLSON]

Я очень сильно сомневаюсь, что для медицинских применений нужно знакопеременное поле. Даже уверена.

Тут мы с Вами решать не можем. Медикам лучше знать.
Входной сигнал не полностью двухполярный. Несколько прямоугольников сначала одной полярности, затем другой.

[Tanya]

Тут мы с Вами решать не можем. Медикам лучше знать.

Это точно. У них все бубны.
Хотите их усладить - делайте мост.

[stells]

Я думаю, что проще, чем нагрузка в обратной связи операционника, вряд ли что найдется

если нагрузка не обязана быть заземленной, то да

[Tanya]

если нагрузка не обязана быть заземленной, то да

Нагрузка-то будет виртуально заземленная...
А еще потребуется генератор тока для запитки всего этого. И сгорит все синим пламенем.
Господа! Включите симулятор - у кого какой есть. Лучше белковый. И посмотрите простейшую схему. Один транзистор, в эмиттере резистор (шунт), в коллекторе катушка, на базу - меандр.
Вот еще если вспомнить, что обмотки реле принято шунтировать диодом... Подсказка такая.

[KARLSON]

При этом как двухполярный меандр на катушке появится?

[Tanya]

При этом как двухполярный меандр на катушке появится?

При чем?

[Plain]

двухполярный меандр на катушке появится?

1 Гц на 30 мкГн и 0 Ом? В параллельной вселенной — возможно.

[KARLSON]

Господа! Включите симулятор - у кого какой есть. Лучше белковый. И посмотрите простейшую схему. Один транзистор, в эмиттере резистор (шунт), в коллекторе катушка, на базу - меандр.

При этом. Или Вы привели пример просто для просмотра переходных процессов?

[Tanya]

При этом. Или Вы привели пример просто для просмотра переходных процессов?

Пример синего пламени. Состязания двух генераторов тока.

[Меджикивис]

Пример синего пламени. Состязания двух генераторов тока.

А чтобы не было синего пламени, катушка закрывается цепочкой двух обратновключенных диодов - от минуса питания до плюса. На выходах мощных микросхем такие диоды обыкновенно уже есть.

[rudy_b]

...Единственное,что под этим лозунгом нашёл так это преобразователь напряжения - ток ...
Что то он слишком простой.

Так именно это вам и нужно. Но вам нужно перевести ее в режим АВ чтобы не жрать лишнюю мощность, т.е. сделать так, чтобы при нулевом сигнале через выходные транзисторв протекал небольшой ток, а при подаче входного сигнала ток одного из транзисторов нарастал, а второго - спадал (вплоть до отключения).

И еще, такая схема будет иметь не слишком высокое выходное сопротивление (в идеале нужно бесконечно большое). Поэтому полезно заменить токовые зеркала на более точные добавив резисторы в цепи эмиттеров. Это приведет к лишним потерям, но заметно улучшит качество.

Ну и, как совершенно справедливо отметил Меджикивис, при работе на индуктивную нагрузку именно в этой схеме стоит добавить пару диодов с выхода в питания. При использовании полевиков это не нужно, там диоды встроенные.

[Меджикивис]

полезно заменить токовые зеркала на более точные добавив резисторы в цепи эмиттеров. Это приведет к лишним потерям, но заметно улучшит качество.

Получится схема преобразователя U->I на биполярнике. Неплохой вариант, но будет определенный огород с разделением входного напряжения для двух плечей.

Защитные диоды понадобятся наверное Шоттки, простые не потянут такую частоту на таком токе.

[Tanya]

Ну и, как совершенно справедливо отметил Меджикивис, при работе на индуктивную нагрузку именно в этой схеме стоит добавить пару диодов с выхода в питания. При использовании полевиков это не нужно, там диоды встроенные.

Господа! Ваши варианты с генератором тока будут работать в релейном режиме. С двумя порогами - 0 и питание. Или + и - питание.
В первом приближении. И не нужно переводить в режим АВ... Ведь и амплитуда должна меняться...
Вот взять за основу драйвер шаговых двигателей и сделать это на россыпи. Греться будет меньше...
Но лично я не вижу в этом ничего плохого. В данном случае. Этот бубен для надувательства пациентов (поциентов).
Мой способ (с испорченным шунтом) лучше. Можно ткнуть осциллографом в "шунт" и показать идеальную (почти...) картинку заказчику с бубном.

Защитные диоды понадобятся наверное Шоттки, простые не потянут такую частоту на таком токе.

Вы еще напряжение питания прикиньте... Какая там величина индуктивности?

[Меджикивис]

Напряжение питания вроде 24V автор говорил.

А мне сейчас подумалось - может проще будет разделить питания, чем входные сигналы? Если отдельные обмотки транса есть. Стабилизировать же не надо (схема сама стабилизатор).
Что-то типа этого получается (рис.)

Надо только входы слегка подпитать, чтобы режим АВ был.

Но в любом случае схема на ОУ была бы несравненно точнее. Зато гимор с подавлением "свиста". На таких токах возбуд вероятен даже с активной нагрузкой, не только с индуктивной. Да.

Прикрепленные изображения

 

[Tanya]

Напряжение питания вроде 24V автор говорил.

При указанной индуктивности 30 мкГ... Грубо... 30 вольт дадут 1 ампер в микросекунду нарастания. А нужно 6. Автор хотел +-6. Но это еще жирнее. И еще нужна полочка и спад. И частота 300 килогерц...
Посчитайте - в периоде должны быть две полочки и два фронта. Нет, - питание автору нужно повышать.
В этой Вселенной.
Еще можно задуматься, куда вся энергия девается... Немало ее.

[Меджикивис]

Если стоят защитные диоды - то основная часть возвращается в источник, т.к. ток разряда индуктивности течет против ЭДС источника.

[Tanya]

Если стоят защитные диоды - то основная часть возвращается в источник, т.к. ток разряда индуктивности течет против ЭДС источника.

Вот и предлагала Вам найти такие диоды вольт на 300+. Когда про напряжение спрашивала... Неявно.

[rudy_b]

...Надо только входы слегка подпитать, чтобы режим АВ был.

Примерно так.

[Меджикивис]

А чо не так? Все равно точность токового зеркала не получится, да и не нужна прецизионность для поддержания режима.


Сообщение отредактировал Меджикивис - Aug 22 2012, 21:03

Прикрепленные изображения

 

[rudy_b]

А чо не так?

Да можно и так, только режим АВ плохо получится - выходные транзисторы будут практически (слишком сильно) закрыты. Или великоватый ток прийдется гнать через диоды.

Но неважно, точность автор не задавал, ну будет некоторая небольшая нелинейность вблизи нуля. Что-то не видно результатов его моделирования базовой схемы.

[MaslovVG]

А чо не так? Все равно точность токового зеркала не получится, да и не нужна прецизионность для поддержания режима.

В эту схему так и просится шунт в заземленный конец индуктивности и быстрый ОУ в обратную связь

[Меджикивис]

Я, вообще-то, вначале преполагал так: что эти силовые транзисторы будут питаться от какого-нить ОУ примерно под ампер выхода.
Тогда такую пару диодов можно ввести в обратную связь, и напряжение выхода окажется "приподнятым" над нулем на полвольта приблизительно (в обе стороны, с быстрым переходом через "мертвую" зону). Вот им и открывать транзисторы. Сквозной ток при этом исключается вообще, что есть плюс при такой мощности.

ЗЫ:
Наверное уже ни к чему, но все ж для полноты картины:
И как это мне сразу не пришло в голову сделать подпитку входов эмиттерными повторителями?! Это же гораздо выгоднее диодов - они ведь еще усиление по мощности дадут.
Просто тогда уже позднее время было, мозги не варили совсем)))))



Сообщение отредактировал Меджикивис - Aug 23 2012, 17:50

Прикрепленные изображения

 

[stells]

V3,V4 - противофазный ШИМ нужной частоты с контроллера, ОУ - высоковольтный, на шунте рассеивается 10Вт

[A.W.P.]

V3,V4 - противофазный ШИМ нужной частоты с контроллера, ОУ - высоковольтный, на шунте рассеивается 10Вт

Это, конечно, хорошо. Но: индуктивность до 30 мкГн и частота на полтора порядка больше.

[KARLSON]

Сейчас у нас схема как предложил stells, но ОУ что нашли скоростной и максимально питаемый это AD818. Питается он по максимуму +/- 18В, транзисьторы питались от +/- 24В. На ВЧ мы включали ещё одну такую схему в мостовом включении. Из этой схемы мы выжили уже всё по максимуму. При индуктивности 30 мкГн, 300 кГц ток шёл 1,5 А. При 17 мкГн 2А.
Есть у неё минус. Это эмиттерный повторитель, повышать напряжение на транзисторах ничего не даст. ОУ более высоковольтные и скоростные не нашли в то время. В мостовом включении устойчивость резко падала. Пришла новая партия печатных плат и пошли шумы. Разницы с предыдущими печатными платами не нашли. Поэтому и стали искать другой вариант.
Сейчас заказали MP111 и LM3886, ждёмс

Тот токовый повторитель в мультисиме не заработал. Попробовал схему от rudy_b в 53 сообщении, то же что то не очень. Понравился результат от схемы от Меджикивис в 54 сообщении. Прогоняю по частотам и токам, подбираю элементы. Возможно что-то и получиться.

Сообщение отредактировал KARLSON - Aug 23 2012, 07:21

[Меджикивис]

В эту схему так и просится шунт в заземленный конец индуктивности и быстрый ОУ в обратную связь

Ага, и ужасный, трудноподавляемый свист.

Я такую схему делал. Силовыми были два разнополярных мосфета. Вместо диодов на подпитке входов стояли стабилитроны (т.к. порог открывания мосфета - неск. вольт).
Реально семь потов сошло, пока возбуд давил - и это с чисто активной нагрузкой! - не удавалось подавить, пока не поставил ОУ особо устойчивый TCA0372. И то вч задавлено, всё RC-цепями увешано(((( (там не шире звукового диапазона требовалось.)
И то больше ампера раскачать не удалось - возбуд таки начинался.

Но без обратной связи там нельзя было: точность была нужна измерительная.

[ViKo]

Так и не смог прилепить картинку со схемой с 5-ти попыток. В-общем, Титце, Шенк, Полупроводниковая схемотехника, раздел 15.7, Повышение нагрузочной способности интегральных операционных усилителей, рис. 15.21. Может, подойдет.

[stells]

Это, конечно, хорошо. Но: индуктивность до 30 мкГн и частота на полтора порядка больше.

напряжение надо повышать, от 24В никак не получить ток в индуктивности 30мкГн амплитудой 6А за время 1,6мкс... посчитайте, вольт 100 надо

[KARLSON]

Так, на 300 кГц на 30 мкГн ток можно уменьшить до 2А. И не 24В, а +/- 24В. В мостовом включении будет все +/- 48В.

Сообщение отредактировал KARLSON - Aug 23 2012, 10:51

[stells]

Так, на 300 кГц на 30 мкГн ток можно уменьшить до 2А

dI = dt*U/L = 1,6*10-6*24/30*10-6 = 1,28A

пс: это примерно конечно, если считать, что ток растет линейно

Сообщение отредактировал stells - Aug 23 2012, 10:57

[stells]

тема по высоковольтному усилителю на базе ОУ:
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=26890

[KARLSON]

dI = dt*U/L = 1,6*10-6*24/30*10-6 = 1,28A

Если брать схему из двух ОУ в мостовой схеме, то напряжениеуже будет 48В, ток соответственно 2,56.

[stells]

что-то мне непонятно, как Вы включаете мостом, если у Вас датчик токовый стоит последовательно с индуктивностью... да и вообще, зачем он нужен, шунт этот, если Вам все-равно, какой ток течет - не получается 6А? сойдет и 2А

[KARLSON]

Резистор не может быть шунтом, он же последовательно. Нужен он для обеспечения ОС для ОУ. Второй каскад берёт сигнал с выхода первого каскада с Ку=1.
И нам не всё равно какой ток течёт через индуктивность.

Сообщение отредактировал KARLSON - Aug 24 2012, 07:12

[Plain]

Нужен он для обеспечения ОС для ОУ.

Да до сих пор не понятно, зачем здесь ОУ, если задача решается простым переключателем ±24 В с ограничением по току на уровне 6 А.

[KARLSON]

Переключателем не получится. Фронт на ВЧ не обеспечите. До нуля фронт не будет доходить. Появится постоянная составляющая как на положительных прямоугольниках так и в отрицательных.

[Plain]

Это Вы о каком-то своём преключателе говорите.

[Timmy]

Вот примерно так оно может работать с LM3886(там для модели операционника введены параметры, делающие его похожим на LM3886). Проблема в том, что у LM3886 GBW=6МГц, а тут надо было бы 20, чтобы получить фронт 1.5мкс, причём благодаря усилению напряжения раз в 20, ОУ может быть существенно недокомпенсирован, но у LM3886 компенсация внутренняя, и ничего уже не сделать. Можно в принципе собрать подходящий ОУ на рассыпухе типа bc846.

Прикрепленные файлы

 cur_amp_l.rar ( 874 байт ) Кол-во скачиваний: 6

 

[rudy_b]

Ага, и ужасный, трудноподавляемый свист.

Я такую схему делал. Силовыми были два разнополярных мосфета. Вместо диодов на подпитке входов стояли стабилитроны (т.к. порог открывания мосфета - неск. вольт).
Реально семь потов сошло, пока возбуд давил - и это с чисто активной нагрузкой! - не удавалось подавить...

Ага, это проблема, но решаемая. Вместо одного полевика (мосфета) ставится каскод на двух полевиках. После этого петля стабилизирует не ток в индуктивность, а ток в исток верхнего полевика каскода и устойчивость схемы сразу возрастает на порядок. Ну а ток стока на полевике в точности равен току истока, т.е. точность не страдает. Такая схема нормально работает и на индуктивной нагрузке.

Каскод на полевиках обеспечивает и еще одну полезную вещь - нет потери напряжения на выходе. Если сделать его на биполярах - то минимальное напряжение на выходе будет равно напряжению на базе верхнего транзистора. А на полевиках оно равно нулю (ну, точнее, падению на двух полностью открытых полевиках, т.е., примерно на 2х50 мОм).

[Tanya]

Ага, это проблема, но решаемая. Вместо одного полевика (мосфета) ставится каскод на двух полевиках. После этого петля стабилизирует не ток в индуктивность, а ток в исток верхнего полевика каскода и устойчивость схемы сразу возрастает на порядок. Ну а ток стока на полевике в точности равен току истока, т.е. точность не страдает. Такая схема нормально работает и на индуктивной нагрузке.

Каскод на полевиках обеспечивает и еще одну полезную вещь - нет потери напряжения на выходе. Если сделать его на биполярах - то минимальное напряжение на выходе будет равно напряжению на базе верхнего транзистора. А на полевиках оно равно нулю (ну, точнее, падению на двух полностью открытых полевиках, т.е., примерно на 2х50 мОм).

Что-то у меня когнитивно диссонирует. В одном месте читаю про низкое выходное сопротивление полевика, а в другом - про то, что мы уже умеем управлять током в индуктивной даже нагрузке с помощью источника тока. В линейном, стало быть, режиме.

[rudy_b]

Что-то у меня когнитивно диссонирует...

А вы переключитесь на когнитивное резонирование, может полегчает...

[Меджикивис]

Ага, это проблема, но решаемая. Вместо одного полевика (мосфета) ставится каскод на двух полевиках. После этого петля стабилизирует не ток в индуктивность, а ток в исток верхнего полевика каскода и устойчивость схемы сразу возрастает на порядок. Ну а ток стока на полевике в точности равен току истока, т.е. точность не страдает. Такая схема нормально работает и на индуктивной нагрузке.

Каскод на полевиках обеспечивает и еще одну полезную вещь - нет потери напряжения на выходе. Если сделать его на биполярах - то минимальное напряжение на выходе будет равно напряжению на базе верхнего транзистора. А на полевиках оно равно нулю (ну, точнее, падению на двух полностью открытых полевиках, т.е., примерно на 2х50 мОм).

Как-то я не могу уловить, какую схему Вы представляете. Не могли бы Вы начертить? Можно без указания номиналов; надеюсь, что я пойму, что для чего.

[rudy_b]

Как-то я не могу уловить, какую схему Вы представляете. Не могли бы Вы начертить? Можно без указания номиналов; надеюсь, что я пойму, что для чего.

Примерно такая.

Модельку набросал навскидку, модели деталья - какие нашлись, втаскивать что-то более современное лениво, да и не слишком нужно. Особенно это касается полевиков - модели, которые были - плоховаты, поэтому напряжения в затворах верхних транзисторов каскода +5(5pl) и -5(5mn) пришлось увеличить до +8 и -12 В соответственно, иначе плохо отпирались. На современных деталях +/-5 В хватит.
Диаграммы напряжений в схеме - тут.

На верхней осциллограмме - ток через индуктивность и входной сигнал (деленный на 0.2 (Rшунта) и инвертированный для удобства сравнения).
На второй - напряжение на индуктивности (V(VIND)) и стоках выходных транзисторов каскодов (V(VOUT1) и V(VOUT2)).
На нижней - напряжения на затворах нижних полевиков каскодов (V(VDRV1) V(VDRV2)).
Схема устанавливает выходной ток, равный входному напряжению (Vinp) деленному на сопротивление шунта R2(R4 во втором плече)=0.2 Ом. Подаваемый сигнал такой: 0 : +1В : -1В : 0, соответственно амплитуда тока +/- 5А. Резисторы R6 и R10 выводят схему в режим АВ.

То, что я говорил про преимущество каскода на фетах корошо видно в моменты времени 12 и 46 мкс, когда опер загоняет выходные каскады в насыщение. Видно, что напряжение на индуктивности в эти моменты равно напряжению питания (24 В). Если бы каскоды были на биполярах - то максимальные напряжения были бы -16 и +12 В.

RC цепочки между выходом опера и полевиком - стандартные, обеспечивающие работу опера при поганой емкостной нагрузке (вход фет). А вот цепочки R1C1 и C9R15 корректируют работу именно на индуктивную нагрузку. Без них схема работает, но будет заметный звон на переходах. Но все корректирующие цепочки - тоже нарисовал навскидку, можно сильно поаккуратничать.

Ну и еще, видно, что переключение тока с -5 до +5А занимает порядка 12 мксек. Это время определяется напряжением питания и индуктивностью и, практически, не зависит от схемы (ежели она правильная, ессно). Поэтому никакой речи о 300 кГц при токе +/- 5А, питании 24В и индуктивности 30 мкГ не идет. При этих параметрах максимальная частота (без потерь амплитуды) будет порядка 30 кГц.

[Меджикивис]

Спасибо за проделанную работу и объяснения! Очень интересный пост.
Это очень правильно, что шунт включен в цепь истоков, а не катушки. (Я в цепь катушки включал: работает гораздо неустойчивее).

Имею теперь небольшие вопросы.

То, что я говорил про преимущество каскода на фетах корошо видно в моменты времени 12 и 46 мкс, когда опер загоняет выходные каскады в насыщение. Видно, что напряжение на индуктивности в эти моменты равно напряжению питания (24 В). Если бы каскоды были на биполярах - то максимальные напряжения были бы -16 и +12 В.

Почему? На насыщенном биполярнике остается менее 0.5V. (Больше конечно, чем на мосфете, но не на десяток же вольт?)

Я не очень осмысливаю вклад, который делают в такой схеме "верхние" мосфеты. Они включены по сути повторителями постоянного потенциала. Ток в цепи они не меняют, но снижают напряжение на стоке "нижних" мосфетов. Что это дает? - мосфет и так высоковольтный, будет ли у него на стоке 5v или 24 - какая разница?
Если верхние мосфеты убрать - что изменится в работе?

[rudy_b]

Это очень правильно, что шунт включен в цепь истоков, а не катушки. (Я в цепь катушки включал: работает гораздо неустойчивее).

А это - принципиально. Схема стабилизирует ток в исток верхнего мосфета, а индуктивность в эту цепь не входит (почти), она отсечена верхним мосфетом. Поэтому схеме гораздо легче жить.

Почему? На насыщенном биполярнике остается менее 0.5V. (Больше конечно, чем на мосфете, но не на десяток же вольт?)

Да, но база верхнего биполяра будет подключена к +8 вольтам. Соответственно его коллектор не может опустится заметно ниже ее, т.е. минимальное напряжение будет 8 В. Аналигично в минусовой цепи коллектор не поднимется выше -12В.

Я не очень осмысливаю вклад, который делают в такой схеме "верхние" мосфеты. Они включены по сути повторителями постоянного потенциала. Ток в цепи они не меняют, но снижают напряжение на стоке "нижних" мосфетов. Что это дает? - мосфет и так высоковольтный, будет ли у него на стоке 5v или 24 - какая разница?

Если в двух словах - то они изолируют индуктивность от генератора тока. Если их нет, то любые скачки напряжения на индуктивности через емкость сток-затвор попадут в схему генератора тока и он будет визжать как резаный, застабилизировать его практически не удасться.

А при наличии верхнего полевика - ток этой емкости (сток-затвор) замкнется на заземленный (по переменке) затвор и заглохнет. А в исток (в схему генератора тока) попадет лишь малая его часть, поэтому устойчивость генератора тока становится гораздо выше и можно добиться его работы без визгов.

Ну или, другими словами, он в десятки раз снижает паразитную обратную связь через емкость сток-затвор, что обеспечивает устойчивую работу схемы.

Погуглите про каскоды, они широко используются. Да и двухзатворные полевики - это тоже каскоды, только неявные.

Если верхние мосфеты убрать - что изменится в работе?

Схема будет визжать и подавить визг будет практически невозможно.

Да, и еще. Схему можно построить и иначе, например объединить токоизмерительные резисторы и т.п., это я просто по старой канве нарисовал. Но делать это не очень смысленно, что-то станет лучше, что-то хуже.

[Меджикивис]

Большое спасибо за подробные разъяснения!

Суть ясна, а детали может осветить практическая проверка.

[Plain]

модели деталья - какие нашлись

Комментарий нужный, потому что эти при 150 Вт постоянной рассеиваемой сразу погибнут.

В этой связи ещё раз обращаю внимание на несравненно холоднее импульсный вариант пресловутого каскода, а именно переключение нагрузки мостом, питаемым током. Непрерывный ток можно получить любым стабилизатором соответствующей топологии — Buck, Zeta, Cuk и т.п.

[rudy_b]

Комментарий нужный, потому что эти при 150 Вт постоянной рассеиваемой сразу погибнут.

Совершенно справедливо.

В этой связи ещё раз обращаю внимание на несравненно холоднее импульсный вариант пресловутого каскода, а именно переключение нагрузки мостом, питаемым током. Непрерывный ток можно получить любым стабилизатором соответствующей топологии — Buck, Zeta, Cuk и т.п.

Для исходной задачи, судя по всему, правильно делать вовсе не усилитель, а именно, генератор, причем, как совершенно верно отмечено - импульсный. Общая потребляемая мощность сразу упадет с сотни ватт до единиц, да и схема существенно упростится.

Автор топика, вероятно, не совсем верно поставил задачу, отсюда и заморочки с усилителем. Да и работать с частотами до 300 кГц с генератором гораздо сподручнее - на высоких частотах отдельные импульсы с контролируемыми амплитудой и длительностью, на низких - переход в режим импульсной стабилизации тока с понижением напряжения питания. Точность на высоких частотах, ессно, существенно снизится, но, похоже, она и не особо нужна, да и адаптивную медленную подстройку несложно сделать.

[Меджикивис]

Не забывайте опять же, что внутри катушки живой объект. Как повлияет наложение вч-пульсаций - неизвестно. Поэтому, имхо, сглаживание пульсаций ШИМа обязательно. И хорошее.

Мне кажется поэтому, что аналоговый вариант как-то доступнее, хотя печка конечно, я не спорю. Но разве требования экономичности у автора на первом плане?

[KARLSON]

На первом плане форма тока, без генераций/шума. На втором экономичность. Сейчас мы рассеиваем 120Вт по каждому питанию.

Спасибо за обсуждение, много нового узнал, осмысливать ветку не один день буду. Об ШИМах и импульсных вариантах думал, но схем хороших не рождалось в моей голове.

[rudy_b]

...Сейчас мы рассеиваем 120Вт по каждому питанию...
...но схем хороших не рождалось в моей голове.

Да схема-то несложная, например такая (модели - опять же, какие были). В данном варианте на выходе порядка 330 кГц при токе под 3А. Питания 400v и 10v полезно регулировать импульсным стабилизатором и задавать нужные значения.

Просто ей нужно аккуратно управлять.
Причем полевики Q2 и Q4 и питание 10В - про запас, если нужен крутой фронт у длинных импульсов.
Зато экономично получается - в сумме - менее 10 Вт от 400 В (рекуперация).
На верхнем графике - усредненные мощности в полевиках одного из плеч - Q1 и Q5 (пардон, неправильно указал Q2). На втором - ток через индуктивность, на 3 - напряжения на ногах индуктивности, внизу - управляющие сигналы. Полевики Q2 и Q4 в данном случае не используются и постоянно закрыты.