Fuente de corriente con un cap ilimitado que impulsa el op-amp oscilante

Question

He estado tratando de hacer una fuente de corriente, y finalmente he tenido en mis manos algunos LM8261's que debería ser un op-amp de "cap drive ilimitado". El problema es que sigue oscilando.

Este es el esquema y el diseño de la placa de circuito impreso:

He tratado de encaminar la tierra dentro de la zona del bucle, cerca de la conexión de 5V para el opamp, para poder colocar los condensadores de bypass lo más cerca posible. Aunque el condensador más grande de 10uF tiene una de sus patas en el plano de tierra (olvidé incluir este condensador en la imagen del esquema).

Esto es lo que parece cuando sondeo la puerta del MOSFET:

Está por todas partes.

Intenté añadir un condensador de 10uF a través del DUT, de VDD a tierra. Esto eliminó gran parte del ruido extraño y lo hizo parecer casi una onda sinusoidal:

He probado con y sin la resistencia de compuerta R1, no parecía hacer ninguna diferencia.

¿Qué está pasando? ¿Alguna pista de por qué no funciona?

EDITAR:

¡Resuelto! Con la ayuda de @Andyaka más abajo, utilicé su solución de insertar un seguidor de emisor BJT entre el op-amp y el MOSFET, junto con un integrador y obtuve unos resultados estupendos.

Circuito final:

Las simulaciones pueden verse aquí:

https://imgur.com/a/tBprTjh

Los gráficos de bode de ganancia/fase que hice en la PCB:

¡Ancho de banda de aproximadamente 350kHz! Muy contento.

Answer 1

He estado intentando crear una fuente de corriente, y finalmente he conseguido mis manos en algunos LM8261 que debe ser un 'cap drive' ilimitado op-amp.

Encontrar un chip que pueda manejar una carga capacitiva es una cosa, pero luego usar un 1 kohm en serie con la salida para manejar esa carga capacitiva es buscarse problemas.

Razón: el 1 kohm y la capacitancia de la puerta-fuente del MOSFET forman un filtro de paso bajo dentro del bucle de retroalimentación y empujan el margen de fase del op-amp a 0 grados a una frecuencia moderada a alta convirtiendo el circuito en un oscilador.

Mira el margen de fase en la hoja de datos y observa que si tienes en cuenta la resistencia de 1 kohm y unos dos tercios de la capacitancia de la fuente de la puerta, el gráfico del margen de fase se convierte en la línea azul que dibujé a continuación: -

Y, el margen de fase cruza los cero grados (es decir, se convierte en un oscilador) a unos 1 o 2 MHz (círculo magenta). ¿Cómo he hecho esto?

Bien, aunque hay una resistencia en la fuente del MOSFET no hace mucho por reducir la capacitancia de la puerta - puede reducirla a unos dos tercios, así que, 900 pF de capacitancia de GS y una resistencia de 1 kohm forman un filtro de paso bajo con un punto de 3 dB a 265 kHz. A esa frecuencia la fase extra introducida es de 45 grados, de ahí que haya dibujado un punto rojo 45 grados más abajo.

A continuación, consideré una frecuencia cinco o diez veces superior para poder señalar aproximadamente el límite del desplazamiento de fase añadido en unos 90 grados y dibujé el segundo punto rojo.

Luego uní los dos puntos en azul y dibujé un círculo magenta donde el margen de fase se modifica a 0 grados (el punto de oscilación de bucle cerrado donde la retroalimentación negativa se convierte exactamente en retroalimentación positiva.

No es una técnica muy precisa, pero puede indicarte si vas a tener problemas.

Answer 2

Lo más probable es que estés utilizando la misma fuente de alimentación para generar (VDD) y (+5V). Entonces, cuando el op-amp eleva el nivel de voltaje de la puerta, el mosfet absorbe demasiada corriente, causando una caída en VDD y +5V. Esto apaga el op-amp momentáneamente lo que causa la oscilación.

Answer 3

Tienes que darte cuenta de que el "accionamiento ilimitado de los condensadores" no te compra nada en este circuito en particular, ya que en realidad no está conduciendo un condensador directamente. Con una Vdd de 5 voltios y una resistencia de puerta de 1k, la corriente máxima requerida será de 5 mA. O, si quieres, la impedancia mínima en la salida es de 1k.

Además, además del problema de la carga, tienes una etapa de ganancia extra (el FET) que seguramente complicará el comportamiento del bucle.