Extraño problema de seguimiento de voltaje con la construcción de una fuente de alimentación regulada

Question

Estoy construyendo mi propia fuente de alimentación de CC lineal regulada basada en la L30 de Farnell (manual de servicio y diagrama del circuito aquí ) y me estoy ciñendo principalmente al diseño original con algunas modificaciones de piezas y mejoras.

La sección de interés para este problema se muestra a continuación:

Para completar, estoy usando unos bonitos y viejos potes de 2,5k (por supuesto y bien) y estoy conduciendo la fuente de corriente Howland (a través de los potes) con una fuente de 5V basada en el TL431. Además, en lugar de los carriles de 15V y -5V, tengo carriles de +/-12V.

No he incluido un esquema de estos cambios porque no son relevantes para este tema, como explicaré en breve.

El problema que estoy teniendo es que la salida de voltaje es muy poco lineal a medida que ajusto los potes. Ignorando el ajuste fino (ajustado a 0), si divido el ajuste del potenciómetro de curso en 9 segmentos, aproximadamente la mitad de la salida de 30V se entrega en los primeros 2 segmentos, y el resto forma una rampa lineal a 30V.

Aquí hay una trama de lo que estoy hablando:

Me ha costado bastante depurar, pero he llegado a la conclusión de que el problema está en el amplificador de potencia del comparador de tensión (IC2 en el esquema). En mi circuito, este es un TL082 de entrada FET y parece que esto tiene algo que ver con las corrientes de polarización.

Cuando tenía las resistencias de 10k en las entradas, obtenía el gráfico de arriba. Si cambio R14 a 20k, obtengo el siguiente gráfico:

No es exactamente lineal, pero la tasa de cambio al principio es menor.

Es extremadamente difícil depurar este problema adecuadamente porque cualquier intento de medir voltajes en las entradas del amplificador óptico hace que el amplificador óptico se ponga en raíl con la pérdida de control provocando la saturación de los transistores de paso (no deseable). Obviamente, el voltímetro consume corriente y esto afectará a la lectura y necesito el bucle de control en su lugar para hacer mediciones efectivas - por lo que un poco de un dolor realmente.

Sin embargo, puedo conformar lo siguiente:

Las macetas son lineales

La fuente de corriente es lineal (para comprobarlo, he unido la fuente de corriente al raíl de referencia de 0V a través de una resistencia de 1k y he seguido los cambios - todo perfecto)

Los raíles de alimentación de la sección de control y la tensión de conducción de la fuente de corriente de 5 V son constantes.

Entonces, después de todo esto, ¿estás de acuerdo en que esto puede ser la causa del problema que estoy viendo (tengo pruebas experimentales, pero todavía no entiendo la teoría)?

¿Puede alguien dar una buena explicación teórica sobre el efecto que estoy viendo?

ACTUALIZACIÓN:

Algunas fotos para que te hagas una idea de la distribución:

NUEVA ACTUALIZACIÓN:

Parece que @PlasmaHH ha dado en el clavo. Tengo bastante oscilación en el comparador de tensión y en la salida. Abajo he incluido algunas fotos (¡disculpen la mala calidad de la imagen!). A 5V (como se lee erróneamente de mi DMM en un ajuste de CC) la frecuencia de oscilación es de alrededor de 142 kHz y tengo una oscilación de 1V pp en el pin inversor del comparador de voltaje op amp (imagen # 1) y un asombroso 36V pp en la salida de alimentación (imagen # 2).

Parece que tendré que solucionar estas oscilaciones antes de seguir adelante. ¿Alguna idea sobre los componentes que debo ajustar para eliminarlas?

Answer 1

Doy crédito a @PlasmaHH por la respuesta a este problema y su sugerencia de que el circuito puede estar oscilando. Como muestra mi pregunta actualizada, el circuito estaba efectivamente oscilando y como la frecuencia de oscilación estaba relacionada con el voltaje del punto de ajuste y como mi DMM estaba promediando la señal de oscilación, estaba obteniendo la respuesta extraña.

Quería decir cómo he solucionado el tema de la oscilación por si alguien tiene el mismo problema. En primer lugar, yo comprobar la estabilidad del bucle de retroalimentación y al final deseché el esquema de compensación de 680k y 100nF por un tapón más simple de 100nF entre los pines de inversión y salida del amplificador óptico. También cambié el amplificador óptico por un NE5532 porque lo tenía a mano y parecía alcanzar un mayor voltaje de salida antes de entrar en oscilación.

Lo que descubrí es que ninguna cantidad de compensación local impedía que el circuito oscilara eventualmente, al aumentar la tensión de salida. Pero el verdadero ganador fue añadir un tapón de 470uF en la salida. Esto se especifica en el diagrama del circuito de Farnell pero no lo había añadido a mi prototipo. Es obvio para mí ahora (pero no antes) que es un componente muy importante para mantener la estabilidad. Si alguna vez llego al final de mi libro de Basso sobre sistemas de control para fuentes de alimentación probablemente entenderé por qué. Pero, por ahora, ¡funciona!

Answer 2

D2 conectado a la salida de su comparador IC2 creará una salida no lineal hasta que el diodo esté en plena conducción. Considérelo una "característica" más que un problema.