가변 2 사분면 정전류 핀 드라이버 회로에 대한 컴플라이언스 전압 범위 증가

다음은 취미 활동을위한 것이며 상업적인 의도는 전혀 없습니다. 소수 (2?) 만 건설됩니다. (이는 부품 테스트 및 곡선 생성에 사용하지만 더 높은 전압 컴플라이언스로 인해 이전보다 더 많은 용도를 찾을 수 있습니다.)

다음과 같은 핀 드라이버 회로가 있으며 최대 를 제공합니다. $\pm 50\:\textrm{V}$ 을 제공하면서 출력 준수 전압 $\pm 10\:\textrm{mA}$ 핀 드라이버 출력과 접지 사이에 연결된 부하에 . (더 큰 플러스 및 마이너스 레일은 약 $\pm 60\:\textrm{V}$ opamp 레일이 $\pm 15\:\textrm{V}$ )

개략도

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

위 회로의 출력에서 슬 루율은 일반적으로 넘지 않습니다. 또는 $20\:\frac{\textrm{A}}{\textrm{s}}$ . (보다 빠르지 않은 속도로 입력을 구동합니다. $100\:\frac{\textrm{mV}}{\mu\textrm{s}}$ , 피크 대 피크이며 종종 그보다 느립니다.) $1\:\textrm{ms}$

컴플라이언스 전압을 으로 확장하고 싶습니다 및 현재 드라이브 기능을 $\pm 800\:\textrm{V}$ 아마 $\pm 500\:\mu\textrm{A}$ . (전압 슬 루율은 증가 $\pm 1\:\textrm{mA}$ 이 역시 문제가 될 수 있습니다.) $1.6\:\frac{\textrm{V}}{\mu\textrm{s}}$

의 짝을 이루는 고전압 공급 레일 얻기 는 문제가되지 않습니다. 그러나 나는같은 주사위 (BCM846S 등)의 일부로 에서 까지 픽업 할 수있었습니다 (및 아마도 )의 일치를 유지하고 싶습니다. 그러나 이제 "많이"를 간 나는 그런 종류와 BJT와의 모든 일치하는 쌍 있다고 생각하지 않기 때문에 같은 토폴로지는, 일하지 않을 . 사실, 내가보고 싶은 것과 가까운 개별 PNP BJT를 확신하지 못합니다. (NPN, 아마도 PNP?) $\pm 850\:\textrm{V}$ $Q_1$ $Q_4$ $V_{BE}$ $\beta$ $V_{CEO}$ $V_{CEO}$

또 다른 한 쌍의 전압 레일을 설치하는 것을 상상할 수 있습니다 (고전압 레일에 가깝지만 아마도 는 접지에 더 가깝고 상단 및 하단 일치 미러 쌍을 보호하기 위해 캐스 코드 설계 (4 개의 BJT 사용) 추가 된 전압 공급 장치는 개 이상을 처리 할 필요가 없습니다. $40\:\textrm{V}$ 또는 그 부근이 있으므로 곤란이 새로운 고 전압 공급 레일 밖의 구성하는 것을 모두 할 수 없다. 그러나 토폴로지에 대한 다른 / 더 나은 생각이 있다면 듣고 싶습니다. $10\:\mu\textrm{A}$

여기 내가 의미하는 바가있다 :

개략도

^{이 회로를 시뮬레이션}

여기서 생각하지 못한 문제가 있습니까, 아니면 더 잘할 수 있습니까? 캐스 코드에 대해 고려할 수있는 개별 BJT에 대한 FAB의 프로세스 제안이 있습니까?

나는 또한 이전에 여기에 직면 할 필요가 없었던 클리어런스 및 연면과 관련된 완전히 다른 문제에 직면 할 것임을 알고 있습니다. 그것은 다른 주제이며, 나중에 따로 다룰 것입니다. 지금은 달성하고자하는 훨씬 더 높은 전압 컴플라이언스를 얻는 방법에 중점을두고 있습니다.

명확성을 기하기 위해, 분명하지 않은 경우, 회로는 전류를 접지 된 부하로 싱크하거나 소싱하는 DC 전압 제어 전류 소스 (VCCS)입니다. (하나 개의 사용은 반도체 곡선 트레이싱있다.)는 입력 전압 는 것이다 $-10\:\textrm{V}$ 접지 된로드에 의 입력 전압 $500\:\mu\textrm{A}$ 는 을 싱크 $+10\:\textrm{V}$ 접지 된 부하에서사이에서 원활하게 진동하는 전압 삼각파, $500\:\mu\textrm{A}$ 와 $-10\:\textrm{V}$ 는 에서 부드럽게 진동하는 부하로 전류 삼각파를 생성합니다. $+10\:\textrm{V}$ 에 $+500\:\mu\textrm{A}$ (부하가 다이오드 또는 저항인지 여부) 전압 준수는 를 사용하여 위의 모든 작업을 지원해야합니다. $-500\:\mu\textrm{A}$ 부하로서 저항. 때로는 톱니파 또는 삼각파를 입력으로 사용합니다. 또한 사이와 함께 작동 할 수 $1.5\:\textrm{M}\Omega$ 와 $-1\:\textrm{V}$ 제어 입력시 (혹은 사이와 $+1\:\textrm{V}$ 와 $-100\:\textrm{mV}$ 입력에서 .) 동작은 전체적으로 단조로운 것이어야합니다. 내가 사용하는 최대 주파수는 $+100\:\textrm{mV}$ 이지만 필요한 경우 그 점에서 10 배를 희생시킬 수 있습니다. $1\:\textrm{kHz}$

위의 회로는 다른 목적에도 좋습니다. 제거하면 ( 으로 교체하여) ) 및 opamp의 반전 입력을 싱크하거나 소스 전류를 공급할 수있는 노드로 사용하고 출력에서 접지로 알려진 정밀 저항을 배치하면 출력의 바이폴라 전압이 출력에 따라 달라집니다 접지 할 양극 전류. $0\:\Omega$ $R_8$

실제로는 다목적 모듈입니다.

bjt high-voltage current-source

— k 크
소스

연산 증폭기는 무엇을해야합니까?

— Daniel

파워 레일과 반대 극성 스테이지를 끄도록되어 있습니까?

— Daniel

@Daniel opamp는 출력에 연결된 부하로 전류를 가라 앉히거나 소싱합니다. 그렇게하려면 공급 레일에서 전류를 공급하거나 싱크해야합니다. 여기에 내 대답은 아이디어의 또 다른 "미친"응용 프로그램을 보여줍니다 : electronics.stackexchange.com/questions/256955/…

— jonk

@Daniel 여전히 명확하지 않다면, opamp는 기본 노드에서 차동 하거나 통해 전류를 싱킹 또는 소싱 하여 기본 노드에서 합니다. 상단 노드를 아래로 당기거나 하단 노드를 위로 에 의해 생성 된 전류가 반전 노드에서 제거되고 전류가 부하에 공급됩니다. 저항기를 사용하면 세부 사항을 조정할 수 있습니다. ~ 은 opamp에 레일 전류를 공급하는 데 필수적입니다.

Q_{1} + Q_{3}

$Q_1+Q_3$

Q_{2} + Q_{4}

$Q_2+Q_4$

R_{7}

$R_7$

R_{8}

$R_8$

Q_{5}

$Q_5$

Q_{8}

$Q_8$

— jonk 2012 년

쿨 ... 입력 측의 전류를 미러링하고 opamp는 필요에 따라 상단 레일 또는 하단 사이드의 중간 레일에서 전류를 끌어 당겨 출력 트랜지스터 (및 출력 트랜지스터)를 조정합니다. 입력 측)은 800V / 500uA = ~ 1.6M 옴과 같은 높은 값의 저항처럼 작동합니다. 나는 이것에 대한 올바른 배경을 가지고 있지 않지만 그것은 (작은) 극단이되는 하나의 요소로 나를 때릴 것입니다. 부하가 1.5M이라면 괜찮을 것 같아? 고 임피던스 트랜지스터가 길 들여진 전류를 잡아 당겨서 상당히 큰 전압으로 바꾸는가? 그게 중요합니까?

— 사용자

답변:

답변이 유입되지 않기 때문에 :

애플리케이션이 리플하는 데 얼마나 민감합니까 (~ 진폭, 이미 대역폭을 언급 했습니까)?

나는 당신이 어쩌면 PWM 제어 스위칭 트랜지스터를 하이 사이드에서 다른 PWM 제어 스위칭 트랜지스터를 로우 사이드로 가져 가야한다는 느낌을 점점 얻고,이 두 노드 사이의 노드에서 3kΩ 범위의 전류 감지 저항을 추가 한 다음 필터를 통과시키고 그로부터 DUT를 구동하십시오.

개략도

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

이제 Rmeas를 가로 지르는 전류가 전체 1mA를 교차 할 때의 펄스 위치 (D2에서 관찰)에 따라이 스위치를 제어합니다. 캘리브레이션이 필요할 수 있지만,이 애플리케이션에 50kHz의 스위칭 속도로 완전히 충분하다고 가정 할 때 (그리고 높은 게이트 또는베이스를 구동해야한다는 점을 고려하면 이미 쉽지 않은 경우) 최신 속도의 MCU는 작업에 달려 있습니다. 필자는 제안한 소프트웨어보다 영리한 아날로그 디자인을 만들 수있을 것이라고 확신합니다 (양자화 문제에도 불구하고 소프트웨어에서 소프트웨어를 수행하더라도 교정 데이터를 쉽게 통합 할 수 있음).

정류기 *에 별표를 표시했습니다. 실제로 PN 다이오드 브리지 정류기를 사용하는 것이 좋습니다. 다이오드 전류가 측정 전류보다 클 수 있으므로 작동하지 않습니다. 플로팅 전원 공급 장치의 opamp 기반 정밀 정류기가 여기에 해결책이 될 수 있습니다 (그리고 배터리로 아름다운 디자인을 희생하면서 비용 효율적으로 구축 할 수 있습니다 ...). 어쨌든 전체 정류기 – 광 커플러 – 제너 회로는 실제로 1 비트 부호 무시 전압 ADC입니다. 예를 들어 제어 MCU에 대한 디지털 광 링크가있는 윈도우 비교기 또는 적절한 전류계 IC가 더 나을 것이다.

분명히, 단일 단계 RC (1.6kΩ ł 100nF) LPF는 여기서 가장 빠른 방법입니다. 그러나 내 50kHz 스위칭 주파수에서 -36dB 크기 감쇠를 나타내며 5k 허용 오차로 1kV보다 큰 필름 커패시터로 여전히 사용할 수있는 커패시터 값에 의존합니다.

이것에 대한 나의 동기는 아마도 전압을 선형 적으로 충분한 방식으로 트랜지스터를 제어하는 것보다 정밀한 타이밍에 스위칭 트랜지스터를 다루는 것이 더 쉽다는 것입니다.

— 마커스 ül 러
소스

이것은 행동입니다. 내 회로는 실제입니다. 회로를 개념에서 현실로 바꾸는 것은 다른 것입니다. 선형 스위프에 회로를 사용한다는 점은 말할 것도없고,이 개념은 대신에 PWM을 돌리게합니다. 1600 밀리 초를 1 밀리 초로 돌리는 기능을 통해 원하는 주파수를 얻기 위해 필요한 주파수를 "높은"것으로 만 상상할 수 있습니다. 나는 그 스위치 ... MOSFET을 경우, 나는 거대한 게이트 전압 고속으로 큰 용량을 통해 스윙하고 겁 투시 당신이 상상하는 무엇을 알고 싶습니다 빈 나 아웃.

— jonk

그리고 부하는 내가 청소하고 싶은 기괴한 장치 일 수 있습니다. 즉, 큰 커패시터 (고정 전류 또는 전압 모니터링 중 가변) 또는 인덕터 (제로에서 시작하여 특정 속도로 램핑, 전압 모니터링 중)를 의미합니다. 또한 언급 한대로 R8을 단락시키고 해당 노드를 사용하여 회로를 반대로 사용할 수 있습니다 전류를 싱킹하는 접지점으로, 출력은 거기에 놓은 부하에 따라 응답합니다. 놀랍도록 다재다능한 회로입니다. 당신이 제안하는 것은 훨씬 더 제한적이고 덜 다재다능 해 보입니다. 실제로 실제로 세부 사항을 해결할 수 있다고 가정합니다.

— jonk

두 가지 : 1. 그렇습니다. 이것은 매우 추상적 인 것입니다. 나에게 합리적인 자기 평가가 있다면, 나는 모든 사람들 에게 당신 에게 실제 아날로그 회로를 제안 해서는 안된다고 말합니다. 당신은 저보다 40dB의 경험이 있습니다. 2. 스위칭 주파수와 전류 기울기가 제한됩니다. 실제로 내가 아는 것에 약간의 확신이 있습니다. 출력 신호가 대역 제한되면 전류 샘플을 생성 해야하는 속도가 제한됩니다. 나이키 스트는 당신의 친구입니다! 그런 다음 필요가 얼마나 많은 동적 범위의 문제는 ... 낮은 행 설정

— 마커스 뮐러

... 샘플 기간을 pwm "슬롯"으로 얼마나 세분화해야합니까? 그리고 용어는 pwm 장치가 작동해야하는 주파수 일 뿐이며 극단적 인 경우에는 트랜지스터를 전환해야합니다. 이 드레인 소스 전압에서 MOSFET의 몇 MHz 스위칭 속도가 작동하지 않는다는 데 동의합니다. 그러나 CMOS를 사용한 상위 kHz 범위는 실현 가능합니다.

— Marcus Müller

말하자면, 손에 새가 있습니다. 작은 cascode 수정이 내 요구에 적합 할 것이라고 확신하지만 물론 중요한 세부 사항을 놓친 것이 걱정됩니다. 입력에서 전류 싱크로 작동하여 출력에서 전압을 생성합니다. 또는 출력에서의 전류를 제어하는 입력에서의 전압으로서. 또는 콤보. 입력에 알려진 저항을 추가하거나 추가하지 않을 수 있습니다. 출력에 알려진 저항을 추가하거나 추가하지 않을 수 있습니다. > I, I - -> V, V - I 그래서> I, 또는 V -> V. 나는 또한 할 수있는 핀 드라이버 회로로 사용 결합 심각한 핀 드라이버를 만들 수 있습니다.

— jonk

당신의 회로는 좋아 보인다 .Hp pnp BJTs는 찾기 힘들 것이다. 나는 다른 직업을 위해 600V 유형을 사용한다, 그들은 싸고 찾기 쉽고 신뢰할 수있다. 당신은 그들을 연결할 수있다. 그렇지 않으면 SRPP를 기반으로 한 것과 같은 모든 NPN 설계로 갈 수 있습니다 .1 다리에서 최대 +/- 500 VDC를 만들기 위해 브리지 다리 당 저렴한 800 VN 채널 모 세트 2 시리즈를 사용했습니다.

— 자폐증
소스