Уважаемые форумчане !

Простой источник тока, прямо из учебника.
На входе - постоянное управляющее напряжение, надо сделать частотную полосу как можно уже.
1Гц - за глаза хватит.
Как уменьшить шумы на выходе ?
Куда воткнуть конденсатор ?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

R FB1 - датчик тока, понятно. R FB- просто для нагрева?

Если так сделать, то будет только хуже. Нужно поставить услитель с малым дрейфом и шумами... Нормальный, не микромощный. И транзистор биполярный, возможно... Если можно.
А конденсатор... куда ни воткни - будет хуже или плохо.



Вот если убрать лишний резистор, будет лучше.

Если параллельно нагрузке, то будет лучше.

Чтобы сделать частоту среза преобразователя 1Гц, нужно на на его входе поставить НЧ фильтр с частотой среза 1Гц. Порядок фильтра зависит от вашей задачи.

Мне тоже так кажется. Биполярный транзистор в такой схеме работает лучше, спокойнее, устойчивее.

Странная шутка. Конденсатор - стабилизатор напряжения? Или я что-то путаю?


Тут, правда есть ток базы, но можно схему Дарлингтона или ее аналог с первым полевым транзистором с p-n переходом.

Чтоб снизить коэффициент усиления в цепи обратной связи. Без него - звенит.
Проверено многолетним опытом.



Это знаю.
Например AD8675, просто его нет в библиотеке ОрКАДа.


Не очень понимаю, зачем.
Но попробую засимулировать.


Не влияет.

Может быть я поставлю нагрузку в эмиттер, вместо лишнего резистора.
Нагрузка маленькая, 1 Ом. Ситуация осложняется индуктивностью в 100 мкГн.
Ток предполагается до 40 мА.
Тогда подойдет любой биполярный транзистор, ток базы не важен.

На входе - высокостабильный референс, например AD780.
Параллельно можно поставить любой конденсатор, это само собой разумеется. На симуляции я ставила 1 Мегом последовательно и 10 мкФ параллельно входу.

Индуктивная нагрузка?


Сразу не заметила про индуктивность. Сразу скажу, что для стабилизации тока через индуктивность нужно стабилизировать напряжение, которое медленно подстраивается от датчика тока.
Ведь индуктивность сама стабилизирует ток. А Вы хотите ее насиловать своим стабилизатором. Я бы на ее месте сопротивлялась и спалила Ваш регулятор.
А конденсатор, параллельный индуктивности... будет веселее...

Звенит даже без нее



Не дадим.
Добротность низкая.
Я ж не собираюсь ничего регулировать по ходу.
Нужен просто постоянный ток с высокой стабильностью. 20 ppm в сутки за все про все.

У меня получилось при 100мкГн и 100мкФ - сопротивление контура 1 Щм.
А если поставить 1000 мкФ - звенеть будет уже нечему.
Тем более - там еще 100 Ом - последовательное сопротивление.
Осталось найти кондёр на 1000 мкФ без утечки.
Это очень важно.

В итоге, самая примитивная схема оказалась оптимальной
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Поставьте, если это допустимо, нагрузку в цепь ООС. Это самый устойчивый вариант.

Я рекомендовал бы его, даже если требуется обязательно заземленная нагрузка. Проще развязать вход и питание, чем гасить разнообразные возбуды.

Самое устойчивое из всего, что мне приходилось делать, была такая схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Предупреждаю: эту схему умощнения выхода ОУ не моделируют симуляторы.
(Если кому-то удалось ее смоделировать - отпишите, плиз, на чём.)

Если она все же будет звенеть, подавляющий конденсатор включить между выходом ОУ и его инвертирующим входом непосредственно. Но тогда замедлится реакция схемы на быстрые "дёрганья" нагрузки (если нагрузка способна к такому поведению).

Хм... многолетний опыт - регулировать усиление в петле обратной связью в усилителе, а не напряжением датчика.
Звенит ... биполярный меньший охотник звенеть, уже отмечали

Не поняла, что Вы хотите сказать.
Есть высокоточный референс на плюсовом входе.
Есть (переключаемый) высокоточный резистор в обратной связи (с очень низким ТКС).
Не вижу, чем это плохо.
Увеличение резистора обратной связи всегда снижает шумы. Поэтому если уменьшать ток, то лучше - увеличением резистора, а не входным делителем.


Зависит от операционника.
Например LT1028 звенит с любым транзистором, если не добавить резистор. Не помогает и спец.конденсатор.
А операционник хороший по шумам и скорости.
Для данной схемы не очень подходит.
Все, что я пробовала, - если звенит с MOSFET, то звенит и с биполярным.
И я мерила шумы на спектроанализаторе. Одно и то же.

А новые хитрые аналоговые девицы я еще не пробовала. Только заслала заказ.
Если не будут звенеть - выкину дополнительный резистор.
Это не та проблема.

Ребята, а не встречал ли кто конденсатор на 1000мкФ с утечкой меньше 1мкА ?
Вольты не важны.
1 Вольт - хватит.

Не встречал. Делай по-нормальному схему, и все получится без таковых.

Вредный у Вас конденсатор... Чем больше его емкость, тем менее заметны (Вам) будут колебания тока в контуре, который вы своими руками создаете. Ведь малые колебания напряжения на нем порождаются током, который (при фиксированном шуме) будет обратно пропорционален величине емкости.
Сделайте обычный ПИ-регулятор. На вход - сигнал рассогласования - разность между напряжением на шунте и напряжением задатчика. После - повторитель этого сигнала, выход которого - на катушку с шунтом. Например, эмиттерный повторитель. Можно с ОУ.

Это очень странно, поскольку этот резистор увеличивает коэффициент усиления.

Конечно...
Было бы неплохо узнать еще и абсолютные значения токов и напряжений, какого хоть порядка?

Уменьшает в петле обратной связи.

40mA, 1 Ом.
И еще, телепатическим путем провидел я, что задача автора - измерять малые изменения образца, служащего нагрузкой на постоянном токе. Возможно, в течение длительного времени (сутками).
Отсюда - ей нужен источник с чрезвычайно малым дрейфом в первую очередь.
Быстрые изменения в нагрузке не ожидаются, поэтому и возможно ставить параллельные конденсаторы большой емкости. Но это - неправильный путь.

Правильный - выбор хорошего операционника, прецизионного и с большим запасом по фазе. Я указал на К140УД17; если нету, то буржуйский аналог OPA177 кажется.

Второе. Возбуд возникает от задержки в петле обратной связи. Индуктивность вносит такую задержку уже по своей физической природе. Тогда включение последовательного резистора - правильный ход, так как уменьшает вклад реактивного компонента и уменьшает добротность звенящих цепей.
Вместе с тем: следует по возможности уменьшить и все остальные задержки. Основная из них это задержка в дополнительном каскаде - усилителе мощности, даже если это единичный транзистор. Наиболее выигрышной в этом отношении является каскодная схема, которую я воспроизвел в предыдущем посте. Потому что в ней выход ОУ непосредственно соединен с нагрузкой, то есть никакой дополнительной задержки не вносится принципиально. Моей практикой повышенная стабильность этой схемы подтверждается.

Всё. Чем еще помочь не знаю.

Гм... Однако схема с ОУ как раз такую структуру и представляет собой.
В любом случае, точность слежения определится прецизионностью усилителя рассогласования. Так что приходим к тому же совету: искать хороший ОУ.

В первом посте указано, что схема должна работать как генератор тока лишь на частотах менее 1Гц и иметь минимум шумов, диапазон не указан.
Конденсатор в данном случае не стабилизатор напряжения, а ФНЧ для шумов.


Для борьбы с возбуждением в похожих случаях обычно применяется такая схема
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Верно. Я тоже об этом говорил на пред. странице. Классика жанра вообще-то.

Понятно, но зачем регулировать петлевое усиление в двух местах?
Да еще зачем-то точный резистор с малым ТКС в обратной связи ОУ и все эти усилия портящий силовой резистор в рабочем контуре.
Точность будет зависеть от датчика тока на порядок выше, чем от стабильности коэффициента усиления ОУ.
40 мА делать на биполярном транзисторе , очевидно.

Идея верная, ведь в LC контуре не может быть шумов выше частоты резонанса. Вот только таких емкостей с малой утечкой боюсь не найдете. Можно немного переделать схему -нижний конец емкости контура перенести на землю, таким образом вынесем ток утечки из измерительной цепи, а чтобы усилитель не загудел его нужно замедлить по типу того, как предложили в сообщ.21 (емкость в ОС нужно увеличивать пока ОС не станет стабильной, при этом за счет С1 и R1 получаем интегратор, который идеально корректирует медленные изменения контролируемого тока). Контур правда потеряет немного в добротности, но эффект фильтрации ВЧ шумов от емкости останется.

Но автор умалчивает, да. Если это действительно так, то слышал, де есть другие методы измерения - они называются "компенсационные" (или "модуляционные"? как правильнее? не настаиваю, если что). Полагаю, что c фликкер шумом затруднительно будет сладить даже используя самый большой и хороший конденсатор.

Выбор метода - это уже прерогатива не конструктора даже, а заказчика.
Ведь немало есть таких штук, которые при одном методе измерения показывают одно, а на другом - совсем другое...

Ничто не ново под Луной.
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=872378

Вообще-то эту схему без проблем моделирует любой SPICE-симулятор.
Вот, например, в Micro-Cap:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Другое дело, что для такого моделирования нужны нормальные модели ОУ (учитывающие потребление по цепям питания). А таких моделей не так уж и много.
На вскидку из библиотек того же Micro-Cap: LF155_NS, LF351_NS, LF451_NS, LM224_NS, LF156_NS, LF353_NS, LF453_NS, LM258_NS, LF157_NS, LF355_NS, LM118_NS, LM324_NS, LF255_NS, LF357_NS, LM124_NS, LM358_NS, LF256_NS, LF441_NS, LM158_NS, LM741_NS, LF257_NS, LF444_NS, LM218_NS, LM2902_NS

Кстати, даже этой схеме интегрирующий конденсатор совсем не помешает, без него моделится на грани неустойчивости (при уменьшении шага расчета возникает расходимость), на основании чего можно утверждать, что в железе загенерит.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Нажмите для просмотра прикрепленного файла


Схемный файл МС9 - Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Гран мерси!
У меня, видимо, таких моделей не было, поэтому ни Мультисим, ни Протеус адекватно не срабатывали.

В железе это зависит от запаса по фазе конкретного операционника.
На К140УД17 собирал - работало очень устойчиво, без конденсатора. Если брать транзисторы с большой бетой, напр. КТ818, КТ819 - легко можно получить токи порядка ампер. Это с активной нагрузкой.
(А К140УД26 свистели всегда. Очень большая дрянь!)

Не отрицаю, что имея нагрузку с задержкой в ООС, можно ввести в неустойчивость даже такую схему. Тогда конденсатор никто не воспрещал разумеется. Я упоминал про него.

Только сейчас обратил внимание - у Вас же там индуктивность 10m
А у автора- 0.1m, это уже не так близко к грани.
Но автору конденсатор даст еще тот выигрыш, что подавит высокочастотные шумы.

(Я конденсатор в своих конструкциях ставить мог не всегда: нагрузки были разные, а ток требовался импульсами, фронты заваливались. Это была трудная проблема, поэтому приходилось искать схемы, хорошо устойчивые сами по себе.)

Такой вариант тоже работает. Подавление сигнала источника V1 около 90дБ. При увеличении емкости С2 (и одновременном увеличении С1) токовые шумы L1 снижаются.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
На R5 не обращайте внимание- забыл убрать просто

Не угадали. Задача - создавать магнитное поле очень высокой стабильности.
Изменения нагрузки - только за счет внешней температуры.
Входного сигнала - вообще нет, как такового.

Именно так.


ОР177 в тумбочке есть. Давно применяю. Правда, по шумам он - не очень.
На данный момент - есть и получше в этом смысле. AD8675, например.


Спасибо.
Надеюсь, что хватит снижения добротности за счет резистора и большой емкости.



Спасибо, посимулирую тоже этот вариант.

Что тут симулировать...
Лирическое отступление в форме негодования...
-----------------------------------------------------------------------
Вот некоторые (не будем показывать пальцем... их много) не хотят немного подумать, а вместо этого трясут грушу и бегают вокруг с разноцветными бубнами...
-----------------------------------------------------------------------------
Вот представьте - Вы крутите руками задатчик напряжения на катушке-соленоиде, глядя на амперметр... Что увидим? Увидим медленный дрейф тока - катушка нагревается - сопротивление меняется, но очень медленно... потом стабилизируется. Мы немного увеличиваем напряжение - ток тоже увеличивается и т.д. Но все точнее и точнее.
Обратим внимание, что дрожание выходного напряжения мало меняет ток, а вот если параллельно поставить конденсатор, то ток будет... догадаемся сами. Если уж ставить конденсатор, то через резистор с выхода на землю - делаем пассивный фильтр. Но это усложнит регулировку.
----------------------------------------------
Отсюда вывод - стабилизатор напряжения, управляемый ПИ-регулятором, следящим за током (напряжением на шунте). Просто и понятно. (?)

Вы не внимательны, в моей схеме именно это и нарисовано - пассивный фильтр, резистором является выходное сопротивление транзистора. Более того, это практически есть интегральный регулятор, следящий за током (был бы ПИ, если бы была пропорциональная ветвь).


Если конденсатор параллельно катушке, то просто появится резонансный пик -частота на которой усилитель не может успешно управлять током через параллельный LC контур по причине его огромного сопротивления. А в остальном (в плане подавления напряженческих шумов усилителя) абсолютно тоже самое.

Видела и Вашу схему... Но это не то же самое. Ток, идущий через конденсатор, идет мимо шунта, как и должно быть. Это Вам +. Но небольшой. Тут низкочастотные компоненты важны. Вы же не учитываете, что низкочастотные шумы больше? А поставим побольше конденсатор - потеряем управление. Но ПИ-регулятора у Вас и нет. Это - .
Что тут симулировать... Логика простая - индуктивность соленоида дает задержку, что в данном случае хорошо - мы интегратором подстраиваемся удобно.
Вот добавлю. Температурный коэффициент сопротивления металлов порядка 0.5 процента на градус. Это значит, что для хорошей стабильности нужно иметь коэффициент усиления на низкой (нулевой) частоте как можно больше - интегратор.

Учитываю Если Вы посмотрите на график который посерединке в том моем сообщении, то увидите, что виляние V1 (будем считать это шумами напряжения) на ток через индуктивность уменьшается с уменьшением частоты (усиление интегратора растет в эту сторону). Значит, если даже допустить, что у нас там фликер, спектральная плотность токовых шумов будет постоянной величиной. А интегральный вклад этой области мизерный. Эта низкочастотная область, где работает интегратор, подавляя все колебания тока - тут уже не работает конденсатор фильтра. Зато он хорошо фильтрует спектр выше этих частот, за что ему и спасибо.
А устойчивость не нарушится, если пропорционально емкости фильтра увеличивать емкость в обратной связи ОУ: работа компонентов должна быть слаженной
Возможно П-звено даст лучшее подавление шумов/колебаний, вот это как раз и нужно просимулировать, чего я любезно предоставляю ТС.

Ну что же, все умные варианты, похоже уже изложили. Озвучу глупый. Если у Вас на первом месте - минимум шумов, то может быть лучше будет банальная пассивная стабилизация?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Всё равно меньше шум, чем шум резисторов, не получишь никаким ОУ, и термостабильность не будет выше, чем термостабильность использованных резисторов.

За то - полная устойчивость и отсутствие возбудов гарантированы

А как же быть с фильтрацией сверхнизких частот -типа колебания тока от температуры?

Если она вызвана термонестабильностью резисторов, то - никак: любые схемы с ОУ не будут иметь термостабильность выше, чем резисторы, примененные в них.

Если речь о термонестабильности нагрузки, здесь нужен расчет. Ток 40 мА, нагрузка 1 Ом. Пусть термонестабильность будет 10% (думается мне, что все-таки меньше, но это ТС пусть подсчитывает; для прикидки беру заведомо худшее).
Тогда нестабильность падения напряжения будет 4 мВ. При питающем напряжении 4 вольта стабильность тока будет 0.1%
Не вижу особо больших трудностей повысить питающее напряжение раз в пять. Но где найти резисторы с точностью 0.02%

Так что весь вопрос в том, насколько именно большая точность автору необходима.



ЗЫ: Можно, впрочем, подобрать резисторы с противоположным знаком ТКС. Это конечно шаманство, но для единичных экспериментальных конструкций я пошаманить никогда не чурался



(а если чо - и соленоид константаном намотать можно вместо меди)

Насколько я понял, требуется не точность, а стабильность. А ТКС резисторов (хороших) - единицы ppm, т.е порядка 0,0005% на градус, если заложить колебание температуры в 10*С, то получим нестабильность 0,005%, так что не вижу тут проблемы.
Но говоря об источнике напряжения Вы забываете, что у него тоже есть температурная нестабильность, которая в Вашем варианте прямиком превращается в токовую нестабильность. Хотя это больше к вопросу референсов, которые есть в любом стабилизаторе, но чем выше напряжение источника, тем больше проявляется нестабильность референса. Допустим у нас референс 2,5В, чтобы получить 25В нужно выходное поделить на 10, или по-другому референс помножить на 10, а в месте с ним помножить на 10 и его шумы и нестабильности.


Ну да кстати и обмотку можно сделать секционную и все секции включить параллельно: магнитный поток ведь все равно будет складываться, а сопротивление обмотки будет в N раз меньше, где N-число секций.

Ну разумеется, что стабильность тока будет в любом случае не лучше стабильности опорного источника, который нужен также и для любого стабилизатора с ОУ. Похоже, у автора есть удовлетворяющий Ref, раз этот вопрос не ставился.

Будет громоздко конечно, но... Что если десять штук включить последовательно? Шумы не складываются, а наоборот усредняются.
Хотя, я думаю, что 10-вольтовые опоры должны быть современные, это напряжение часто в ЦАПах используется.

Значицца так:
Начальство хочет стабильность 10ppm за все про все.
Все, кроме нагрузки, будет сидеть в коробочке с диапазоном температуры 1 градус. Допустим, при 45 или 50 С.
Резисторы и референс со стабильностью 2-3ppm/C имеются. Хорош AD780.
Нагрузка - медый провод, у него ТКЕ=1/300 на градус. Дивпазон температур - градусов 30.
Изменения нагрузки - процентов 10.
Повышать напряжение питания неохота, хорошие современные операционники предпочитают 5 В.

Кстати, я им напомнила, что целевой параметр - не ток, а магнитное поле.
Чтоб следили за размерами своей катушки. А то я стараюсь-стараюсь, а у них поле поплывет при изменении температуры при идеальном токе.

Чем больше напряжение на катушке и ОУ, тем лучше. Катушку, если можно, намотать тонким проводом - увеличим индуктивность. Тем же проводом туда же намотать еще намного - будет датчик температуры. Каркас металлический. Латунь? Тут я не уверена. А почему нельзя термостатировать катушку?

Вот тут Вы неправы. Магнитное поле определяется плотностью тока и объемом части катушки, в которой течет ток. Аналогично вычисляется и тепловыделение.

Индуктивность увеличивать невыгодно. Она создает головную боль источнику тока.
Увеличение числа витков вдвое увеличивает индуктивность вчетверо, а поле - только вдвое.
Сажать катушку в термостат, как я понимаю, невозможно.
Она большая, внутри сидит та дура, ради которой магнитное поле создают.

Выгодно.


Поле постоянное - произведение тока на количество витков - константа. Поток - произведение индуктивности на ток.

Если поле постоянное (уменьшаем ток, увеличиваем число витков), то индуктивность пропорциональна квадрату числа витков. (ДопУстим, диаметр постоянный, он зависит от той штуки, которая сидит в этом поле.
Больше индуктивность - труднее угробить добротность.

Ок. Допустим. А что при этом меняется? Ток и его направление через витки не меняется, число витков не меняется, объем катушки не меняется. Я что-то упустил?
ЗЫ. Естественно подразумеваем, что источник тока в N раз мощнее (секции ведь включены параллельно). И да, индуктивность такой катушки в N раз меньше!

А Вас не смущает, что никто так не делает? Вы еще не написали, как должны располагаться секции... И зачем Вам понадобились секции - просто намотать более толстым проводом (шиной), и все.
Мы, действительно, можем себе представить, что одинокий провод состоит из воображаемых нами параллельных проводов. Вроде бы нет разницы... А она есть. И скрывается в температурном коэффициенте сопротивления. По секциям токи будут отличаться, и эти отличия будут зависеть от температуры, которая неоднородна по объему намотки. А это приведет к искажению задуманного поля.
А зачем Вы хотите унизить индуктивность? В данном случае это благо.
Вот есть такое устройство - соленоид Биттера - там малая индуктивность. Но это для того, чтобы избежать огромных напряжений. Электрических и механических. И для удобства охлаждения.

Катушка - вот она, намотана.
Из совершенно других соображений.
Моих советов никто не спросил.
Короче, изменение параметров катушки - не в моей власти.

Смущает, но не сильно
Секции располагаются продольно в ряд, к примеру наматываем не 100 витков в ряд, а 2 по 50 - длина намотки та же, но вместо одной обмотки получаем 2. Соединяем их параллельно -и вуаля. Из-за низкого ТКС константана можно не волноваться по поводу неоднородности нагрева, хотя для выравнивания сопротивлений можно придумать простой механический зажим-ползунок, с помощью которого в небольших пределах регулируем сопротивление каждой обмотки. Суммарное сопротивление такой спаренной катушки будет в 2 раза меньше и индуктивность тоже в 2 раза меньше. Меньше индуктивность -проще управлять током.
Про соленоид Биттера -а почему у него малая индуктивность? Мало витков?