Пытаюсь сделать прецизионный источник тока (поставили такую задачу).
Не столько точный, сколько стабильный - ток должен меняться при изменении нагрузки в 10 раз, не более чем на 0.01%, причем ток переменный, 100кгц.
Такое вообще возможно?
Нагрузка 0.5-5к, ток - 2мА. (эфф), т.е. все в диапазоне питания обычного ОУ.
Все что я моделировал, обеспечивает в лучшем случае стабильность в 50 раз хуже

Схема на ОУ и полевом транзисторе не годится разве? Только опер надо брать довольно шустрый, с частотой единичного усиления мегагерц в 40-50 минимум.
При необходимости, на выходе можно применить каскод (тоже на ПТ).

Выходные емкости, емкости монтажа могут помешать такой точности на такой частоте... Подумать надо...


Може помочь, но может этого и не хватить...

При заданных автором требованиях динамический импеданс ИТ должен быть не менее 450 кОм. Если считать, что составляющая импеданса чисто емкостная (паразитные емкости монтажа, в частности) то эта емкость должна быть не более 3,5 пФ. Весьма трудно реализуемо, и, разумеется, о работе на кабель говорить не приходится.

Нет, точность не получаеся. А полевик зачем?



Частоту говорят, можно вдвое скинуть, до 50кгц.

Ну все улучшится в два раза...7 пФ- это тоже очень мало.

Что значит "может не хватить"? Обоснуйте, пожалуйста.

Почему трудно реализуемо? Очень даже реализуемо, даже при работе на кабель.
Последовательно с ИТ нужно просто поставить дроссель.
Впрочем, и без него можно обойтись. При токе 2 мА такую выходную ёмкость собственно ИТ обеспечить несложно. Дальше - вопрос конструктива.

Вот о конструктиве и разговор. Дроссель тоже можно поставить, но куда девать его межвитковую емкость? Я не говорю, что сделать нельзя, я хочу сказать- не просто.

Это через почему не получается? Давайте нарисуем схему и разберём.
Кроме того, речь шла не о точности, а о стабильности, если я правильно понял (см. пост №1).
Для схемы ОУ+БТ имеет место влияние на выходной ток изменение тока базы выходного транзистора. Для ПТ, особенно с изолированным затвором, такого влияния нет.

Ну, зачем же сразу так пессиместично.
Скидывать будете потом, когда сделаете на 100 кГц. Для вящей надёжности.

Сделать его так, чтобы межвитковая ёмкость была меньше. .
А я и не говорю, что это просто... Простых изделий не бывает, бывают только плохие и хорошие. Впрочем, я писал уже об этом.

Для 100 кГц дроссель с индуктивным сопротивлением более 450 кОм должени иметь индуктивность 0,716 Гн. Как получить реально у такой катушки межвитковую емкость 3 пФ? Вопрос...

Да, тут я маху дал, каюсь. Такую хреновину городить смысла нет, конечно.

ЗЫ. Вообще-то, выходная ёмкость ИТ может быть и не слишком важна. Важна только ёмкость цепи ООС, если датчик тока включен последовательно с нагрузкой. А её можно сделать очень малой.

Это я понимаю, но 2ма почти любой ОУ может обеспечить и без транзистора (неважно полевого или биполярного) на выходе.
Т.е. я имел ввиду не "зачем полевик", а "зачем вообще транзистор" ?

Если существует паразитная емкость параллельно нагрузке, то её влияние на вых. импеданс убить невозможно. Если только скомпенсировать заранее известную величину. Отсюда просматривается след. путь: схему нужно делать так, чтобы минимизировать емкость, параллельную нагрузке.

И всё-таки есть "индуктивный" путь.
Смысл его состоит в том, чтобы сделать выходное сопротивление ИТ чисто индуктивным, и равным по модулю ёмкостному сопротивлению паразитной цепи на рабочей частоте.
То есть, образовать параллельный колебательный контур с частотой резонанса, равной рабочей частоте, убив влияние ёмкости напрочь. Ну, или ослабив его во много раз, во всяком случае.
Настоящую индуктивность делать вовсе не нужно. Аналог индуктивности можно сделать и на ОУ. Правда, без подстройки в данном случае обойтись не получится.

Выходное сопротивление вообще-то здесь для 0.01% (5к х 2мА)/(2мА х 0.01%)= 50 МОм, без полевика не обойтись

Ну я бы понял, если бы требовалость такое ВХОДНОЕ сопротивление, но почему для ВЫХОДНОГО нужен полевик на выходе - мне не ясно.

Да-а...
Второй раз за день сажают в лужу в одной теме. На сей раз, за компанию...
Времени было мало, не успел посчитать, извиняюсь...
Действительно, это так. Тогда получается, что без "резонансного" подхода задача вообще не разрешима (во всяком случае, "традиционными" электронными методами). Сложность возрасла на два порядка...
По-видимому, подход с компенсацией ёмкости монтажа эквивалентной индуктивностью источника всё-таки единственно правильный. Других мыслей, кроме каких-то электронно-лучевых трубок, в голову не приходит...

Давайте базовую схему обсудим, которую Вы моделировали. Если она с БТ на выходе, могу показать, почему её вых. сопротивление даже для постоянного тока будет недостаточным для удовлетворения Ваших требований.

ЗЫ. Внимательно прочитал условие. Сработал стереотип: типа, меняется нагрузка с частотой 100 КГц, (уж простите, но и условия "кривые").
По-моему, эта задача проще. Думается, решить можно. Поясните только, что подразумевается под током "2 мА", и как быстро может меняться сопротивление нагрузки?

Да, Вы правы- в прошлый раз поторопился, 3 порядка пропустил. Точно получается 45 МОм для изменения сопротивления 4,5 кОм. Так что все значительно усугубляется.

И полевик не поможет для 100 кГц.

Я не знаю, зачем
И кому это нужно (с) Вертинский
Но все же...

1 этап. Проектируем усилитель с высоким выходным сопротивлением - раскачиваем два встречных генератора тока , естественно, на каскодах чтобы не уменьшать выходное сопротивление за счет миллеровской емкости (респект, Станислав ).

Сколько-то выходного сопротивления мы получим. Положим, получили мало - килоом 100 динамического.
Тогда:
2 этап
Последовательно с нагрузкой включается токоизмерительный резистор, и делается усилитель с глубокой обратной связью по току нагрузки(jy и будет раскачивать выходной каскад с высоким выходным сопротивлением).
Усиление будет примерно 100 или более для запаса, так что обратную связь завести непросто на 100 кгц (нагрузка непредсказуема, как бы не свистел...). Потому она заведется через АРУ(то есть, по огибающей).

Итак, усилитель с высоким выходным сопротивлением, токоизмерительный резистор, сигнал с которого выпрямляется и используется в быстродействующей АРУ.

Про нелинейную нагрузку тут ничего не говорили, про скорость реакции - тоже.
Так что пока вот так. Будут уточнения - будет иначе.

Основную точность отработает быстро выходной каскад, после относительно медленного хвоста АРУ будет установлен точный выходной ток.

Вопрос компенсации выходной емкости - это , скорее всего, вопрос подбора емкости, шунтирующей токоизмерительный резистор. Но это надо еще подумать... В смысле, может это просто вопрос настройки -- а может, и вообще неважно - емкость нагрузки - это проблемы нагрузки, а емкость подключения можно сделать прилично малой.

Можно при указанном выше соотношении и напрямую завести обратную связь, усиление не слишком большое вроде... Но аккуратно надо будет с монтажом и вообще...

Да? а как Вы собираетесь подстраивать конденсатор емкостью 3,5*e-3 пФ?

Токоизмерительный резистор уменьшим...

А если серьезно, то протекающий МИМО нагрузки ток через емкость монтажа будет линейно зависеть от сопротивления нагрузки (если оно меньше в 10 раз, то и составляющая емкостного тока в 10 раз меньше). Вот и повод для компенсации... Несложно...
В принципе, это и к миллеровской емкости относится, но с этим мы все равно должны беспощадно бороться, потому что IMHO - хорошая компенсация - это не более чем в 10 раз компенсация. А нам, возможно, и так придется раз в 100 компенсировать или более. Но все реально....

И это... При испытаниях - руки прочь от схемы! Уж больно нежная будет....

Прикинем: тау 5кОм*3.5e-15= 17.5e-12 сек. Возьмем, к примеру, 100 пФ параллельной датчику тока емкости. при этом сопротивление датчика тока должно быть из условия равенства пост. времени 17.5/100= 0,17 Ом. Оно, конечно, можно взять конденсатор и поменьшей емкости, но тогда опять- таки паразитные емкости будут влиять сильнее, к тому же, они не все постоянны и независимы от вых. сигнала- например, емкости транзисторов. 0.17 Ом, это, конечно, несмертельно, но как обеспечить при этом ещё и достаточно большое петлевое усиление? Автору ведь стабильность в 0,01% нужна.

Ну, рисовать некогда.. Я думал, по описанию понятно...

То есть все емкости, кроме непосредственно одной: между выходом усилителя и токовым резистором (читай как емкость зажимов для нагрузки) - будут влиять меньше в коэффициент усиления раз.
Собственно, все. полагаю, все имели дело в приборами, в которых емкость зажимов д б мала и стабильна, и знают, как это делается...

PS емкость токозадающего резистора также влияет в коэффициент усиления раз меньше.
Специально написал с поправкой на коэффициент усиления, чтобы привычка считать его в петле бесконечным не срабатывала, все же 100 кгц, не постоянный ток... Хотя если делать ОС по огибающей, то разгонять можно весьма прилично, выводя точность весьма высокую ...
Можно и целиком ориентироваться на коэффициент усиления в петле - не заботясь о исходном выходном сопротивлении. Это может оказаться проще.


PPS
Компенсация емкости зажимов делается НЕ емкостным делителем! Обратите внимание на предыдущий пост. Это отдельная компенсация, описано как...

Моделировал я обычные схемы на ОУ с токовым датчиком (резистором).
БТ или ПТ там на выходе - понятия не имею, я вообще-то брал "$GENERIC".




Извиняюсь, ясли невнятно написал. 100кгц - часто та генератора. С него сигнал идет на этот источник тока. На выходе источника тока - имеется нагрузка, комплексная, которая меняется.
Нужно чтобы ток в той нагрузке (эфф. значение) был равен 2мА, и не зависел от самой нагрузки, при ее изменении в заданных пределах.



Нууу, раз в секунду, может в минуту.....
Хотя в симуляторе, чтобы долго не ждать, и чтобы было виднее - я нагрузку модулировал 50гц меандром.

P.S. Я пытаюсь решить задачу дешевым аналоговым методом, поскольку более дорогим цифровым - она решается не то чтобы совсем легко, но и не смертельно. Вполне возможно, что ничего и не получится. Я поэтому, собственно, и не рассказываю полностью всей задачи - хочу советов от "человека со стороны", со свежим взглядом. Не хочу навязывать уже имеющиеся решения.

Вот в этом и есть основная проблема- при изменении нагрузки в указанных Вами пределах напряжение на ней меняется на 9 вольт. Собственно, чтобы ток нагрузки при этом не плавал более чем на 0,01% (по Вашему ТЗ) общий динамический импеданс на вых. зажимах должен быть не менее 45 МОм. Отсюда и дискуссия, и моделирование Ваше тоже не проходит по этой же причине- емкости транзисторов коротят нагрузку.


а как, интересно, цифровыми методами данная задача решается "не смертельно"?

Про выходной импеданс это понятно, а вот про емкости транзисторов - не очень. При моделировании никаких "транзисторов" я не использовал", там был обобщенный операционный усилитель. Все "емкости" - у него внутри и мне недоступны.

Про необходимость полевика на выходе - пока тоже никто ничего не прояснил.



Я имел ввиду всю задачу целиком, а не только источник тока.

Вы бы все- таки привели схему модели, а то разговор немного не предметный.


ПТ или БТ, или просто ОУ- это, скорее, дело вкуса. Касательно задачи целиком: Так, или иначе, в цифре или аналоге, Вам придется измерять переменный ток в нагрузке- причем, с высокой точностью. Причем, на частоте 100 кГц. отсюда все сопутствующие проблемы: емкости монтажа, схемы, кабеля и т.п. Ортодокс намекал, что есть методы компенсации емкостей зажимов и кабеля. Такие действительно имеют место быть, но вещь эта не простая далеко. Применяются эти методы в вольтметрах переменного тока и измерительных мостах.

Сергей, если я раскажу сразу зачем и кому это нужно - будут сотни предложений "как это надо сделать" другими способами.
Мне же пока хочется сконцентрироваться на этом варианте. Если ничего не получится - тогда уж буду продолжать другими методами.



Нагрузка комплексная, но линейная.



Время установления - не очень критично. Есть одно использование, при котором хотелось бы уложится в единицы миллисекунд, но в целом - и несколько десятков мс. не страшны.



Да пока что - обычную стандартную схему источника тока на ОУ, как из учебника, для неназемленной нагрузке (заземляется она через токоизмерительный резистор). Сразу стало понятно, что такими простыми способами оно не решается, и я чтобы не терять время - обратился к общественности, может за выходные чего умного посоветуют, а я тогда уже на следующей неделе на работе попробую.
Но чует мое сердце, это тупиковый путь.

Чего мне намекать - просто лениво было писать столько подробностей... Пальцы ж не железные

Неустранимая погрешность собственно, только одна - емкость клемм для нагрузки. Можно ли использовать 4x проводку - пока в голову не лезет. Для замера емкости - наверное, можно...

Зависимость там такая - при КЗ в нагрузке емкость клемм не влияет, а при максимальном ее сопротивлении - влияние максимально. Одновременно максимально и выходное напряжение на нагрузке. Ну и вычтите часть его из того, что идет с датчика тока на детектор АРУ. Зависимость вроде линейная, пусть меня поправят, если что. А хотите - ничего не вычитайте, просто поправку вносите по формуле или таблице. Есть чем померить ток с такой точностью? Тогда легко будет отстроиться.
Если нет - то придется через голову прыгать двухчастотным методом, но хотя бы пара очень точных резисторов с точно известной их паразитной емкостью понадобится все равно.

Все остальное выбирается при помощи ОС.
Естественно, все что входит в петлю ОС должно быть той самой точности (с учетом сложения погрешностей). И выходное напряжение генератора стабильно с тем же расчетом... не знаю, как делают такие стабильные генераторы... Но не я задачу ставил - чего-то мне кажется, что полностью обрисованная задача и не требовала бы так изгаляться
Даже если тредстартер делает это для какого-то измерительного прибора


Я надеюсь, она линейная в пределах заявленной погрешности. Это важно... Вплоть до материала контактов клемм, возможно...




Единицы миллисекунд - для определенности- одна мс - это всего 100 периодов генератора. Измерить амплитуду можно и быстрее, но нужно точное УВХ. Ограничение будет по фазовым сдвигам огибающей (слава Богу, что хоть не сигнала) - чтобы не свистело уже по огибающей...Ну, видно будет, если что. А вот то, что нагрузка комплексная - наложит ограничения еще и на качество сигнала генератора (гармоники) и на усилитель (они же). Но фильтровать можно будет и до детектора, да и усилитель на выходе может иметь фильтр - только это опять же ограничение по скорости АРУ, так что надо просто сесть и посчитать...




В модели именно так оно и решается, причем красиво. А большинство вышеприведенного - это было уже для того, когда Вы паять начнете, чтоб не было разочарования. У вас просто пропущен был этап прогона на усиление с разомкнутой петлей ОС, потому на нужной частоте не хватило усиления, оттого и потеря точности. Подберите другой усилитель или поставьте каскадно. Чтоб не возбудилось это все, придется и АРУ моделировать, я думаю. Или изобразите чего на транзисторах, только в модели сами подставьте великолепные параметры, или модель ОУ поправьте чтобы был широкополоснее, или уйдите на частоту герц 10. (далее пропущено еще 7 способов.. устали пальцы...пойду печь растапливать...холодно уже...)

PS Кстати, при отстройке от емкости клемм можно чудно отстроиться и по паре точек на каждой частоте (разумеется, из знакомых пистолетов, тьфу... резисторов) - используя параллельно модель в МС, например. Меньше голову ломать...

Емкость клемм/кабеля не столько важны - они константны, а абсолютная точность тут менее важна чем разрешающая способность измерения импеданса нагрузки.

В этом состоит цель задачи - давать неизменный ток и измерять только напряжение на нагрузке, все это - 4-х электродным методом. Цифровой вариант, про который я упоминал выше - это измерять напрядение и ток многоразрядными АЦП и далее считать в ДСП, он также прорабатывается (учитывая низкие требования в абсолютной точности, если немного снизить частоту, то в качестве 2-х канального АЦП навреное мондо использовать какой-нибудь 24-х битный АудиоАЦП с I2S-шиной).

Собственно, я задавал в другой теме вопрос про микросхему-измеритель импеданса от Аналоговых Девиц, но там 2-х электродный метод - вгоняют константное напряжение, и измеряют ток. Получают разрешение 0.1-0.5%, но мне этого недостаточно и нужна 4-х электродная схема, чтобы не влиял импеданс проводов до обьекта.

Ну елы-палы... Так я и думал.... На что тогда такое выходное сопротивление... И вообще все...
Ну, хоть угадал заранее....
Не, ну не бывает таких задач на самом деле...
Ну не к чему руки приложить....

Ну и ладно, пойду бесперебойник к сертификации готовить, с помехами драться ...

Хм, что именно ?



Чтобы не делать еще одно измерение и вычисления - пропустить через обьект стабильный, заранее известный ток, и измерить на участе обьекта напряжение (например - балансным модулятором. АД630-м), получаем импеданс этого участка, что и надо узнать.

А, понятно. Тогда используйте все то, что выше. И не относитесь небрежно к емкости клемм подключения. На этой частоте и при непредсказуемо комплексной нагрузке Вам нельзя будет просто "подстроить 0", потому что для Вашей точности нужно не смещать прямую, а чуть чуть наклонить - это не одно и то же...

По генератору, если что, спрашивайте, не очень сложно сделать стабильность амплитуды на этом уровне.
С гармониками тоже страшных подводных камней не видно пока...
Впрочем, это все относится к любой методе измерений...

В общем, структура получается несложная, недорогая и неплохо воспроизводимая.
Моделирование уже получилось?

PS хуже всего будет с подключением чего-то измерительного "к отдельному участку" цепи... Как учесть то, что внесется - не знаю...

Да, было бы интересно узнать.



Там не так страшно - дифусилитель, входное сопротивление большое, входная емкость малая, и главное - оно константно.

Я делал подобное утсройство много лет назад, но тогда не стояла задачи выявлять абсолютное значение постоянной составляющей импеданса, только переменную, и боле высокой частоты (десятки герц Сейчас же - надо выявлять постоянную, пусть и не с большой абсолютной точностью, но отслеживаеть ее очень низкочастотный (герцы, доли герца) тренд.

А почему бы Вам не сделать мостовую (авто)балансирующуюся мостовую схему?
Можно один-в-один - паразитную емкость, сопротивление подводящих проводов... во второе плечо. Умножающий ЦАП имитурует резистор. Можно и не полностью балансирующуюся...

Да, собственно, такая же цепь АРУ , только, естественно, попроще, так как более медленная... Сам генератор можно не трогать, а на выходе управляемый делитель ...




Да при тех параметрах, что заданы вначале, постоянным мало чего покажется...



Ну, собственно, вот.... выше- все что нужно... Граблей при таком решении - минимум. Но будут, конечно... по мелочи...

Спасибо за ответы, но похоже что пока этот проект замораживается.
Если разморозится - буду еще спрашивать