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

 

[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

 

[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]

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.

[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).

[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?