Проектирование *линейного* каскада драйвера MOSFET

Это действительно интересная проблема из-за изменения эффективной емкости нагрузки в зависимости от сопротивления нагрузки из-за г-на Миллера, и вам не нужно чрезмерно компенсировать это.

Я подозреваю, что смещенный двухтактный выходной драйвер BJT будет работать нормально - может быть, 4 небольших BJT (2 подключены как диоды), пара резисторов смещения плюс, возможно, пара омов каждого из дегенерации эмиттера.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Если бы я занимался этим, у меня возникло бы искушение использовать вместо этого более мощный, но все же довольно недорогой усилитель, такой как LM8261 .

Отчет о результатах

Итак, короткая история: добавление дискретного буфера сработало! Тем не менее, я не думаю, что буду проектировать свою схему таким образом, скорее я воспользуюсь рекомендацией @Spehro и @WhatRoughBeast и просто использую операционный усилитель с более высокой выходной токовой способностью, в основном правильно построенный буферный каскад. в операционный усилитель.

Вот схема, которую я использовал. Очень похоже на то, что предоставил @Spehro, но на самом деле точно такое же, как в таблице данных LH0002, которую рекомендовал @gsills. По сути, в нем использовались точно такие же детали (значение резистора смещения 5 кОм вместо 1 кОм), только несколько разных соединений, и ... в техническом описании указано, что схема имеет коэффициент усиления по току 40 000 ; ну, моя жадность к гейну полностью взяла верх, и я решил пойти на двухступенчатую версию:

Это было хорошо смоделировано, поэтому я собрал его на вероборде 5 x 7 бит и установил его в качестве дочерней платы на свой прототип:

И вуаля! чертовски близко к подъему на 1 мкс (1,120 мкс) и твердому, как скала, без перерегулирования на всем пути от чуть выше 0 В до 30 В и скачках тока от 100 мА до 2,5 А.

Падение немного дольше — 1,42 мкс:

На самом деле это было приятным сюрпризом, потому что схема сама по себе не была особенно стабильной, когда я тестировал ее на стенде перед установкой. Кто знал, что такая буферная схема может колебаться сама по себе? Ну, все, кроме меня, видимо, я обнаружил, когда искал :) И действительно высокие частоты тоже, вроде 25МГц. Я до сих пор не совсем понимаю, почему это так, но, по-видимому, эмиттерный повторитель очень близок к генератору Колпитца, эта схема представляет собой четверку эмиттерных повторителей, и просто неправильные биты паразитного реактивного сопротивления могут заставить его петь. Я ожидаю, что мои тестовые проводники были всем необходимым паразитом. Кроме того, некоторое входное сопротивление используется для стабилизации (путем «порчи»$Q$схемы бака, я полагаю), так что, возможно,$R_o$операционного усилителя тоже помогает в решении.

Так что это определенно был богатый опыт обучения. Наконец-то мне удалось по-настоящему погрузиться в двухтактные усилители BJT, и теперь я очень доволен работой схемы. Я думаю, что могу получить менее 1 мкс, изменив коэффициент усиления, чтобы получить немного большую пропускную способность, возможно, коэффициент усиления 3 вместо 4.

Тем не менее, я не думаю, что добавление дискретного каскада драйвера в «производственную» схему — лучший выбор, поэтому я заказал оценочную плату и образцы LM8261, рекомендованные @Spehro. Это определенно впечатляющий операционный усилитель. Я не знал, что существует такая вещь, как операционный усилитель, который может управлять «неограниченной емкостью». В техническом описании показана схема, управляющая 47 нФ, что больше, чем мне когда-либо понадобится.

Так что посмотрим, что из этого получится, когда придут запчасти :)

Хотя я в целом согласен со Спехро, есть несколько вещей, на которые, я думаю, вам следует обратить внимание.

Во-первых, вы ДОЛЖНЫ добавить некоторую развязку к вашей линии электропередач. 9-вольтовая батарея не будет иметь требуемой производительности. Попробуйте около 10 мкФ, тантал, как можно ближе к усилителю. Судя по картинке, эту функцию может выполнять электролит, но вы не показываете его на своей схеме. Еще лучше получить 12-вольтовое (предпочтительно линейное) питание и полностью отказаться от батарей. (Вам все равно понадобится развязка, но, по крайней мере, вам не нужно беспокоиться о низком заряде батареи.)

Во-вторых, попробуйте подключить заземление вашего прицела к заземленной стороне силовых резисторов, а не к входному проводу. Это не должно иметь большого значения, но в любом случае это хорошая идея.

В-третьих, Spehro слишком мягок — ваш операционный усилитель не будет делать то, что вы хотите. Во-первых, его время установления указано как 1,1 мкс до 0,1%, и это без каких-либо внешних каскадов. Во-вторых, ваш затвор обеспечивает нагрузку 370 пФ на выходе, и это, скорее всего, является источником нестабильности. При номинальном времени установления 400 нс, особенно при указанной нагрузке 500 пФ, LM8261 является гораздо лучшим выбором. Предупреждение, однако - более широкая полоса пропускания LM8261 допускает возможность использования какого-либо другого источника колебаний, так что будьте готовы. Компоновка вашей печатной платы выглядит достаточно плотной, так что это не должно быть проблемой, но вы никогда не знаете наверняка.

В-четвертых, если вы действительно надеетесь нагрузить источник питания 50 вольт до 5 ампер, вы должны смириться с рассеиванием 250 ватт. 30 ватт это просто выдумка. Для этого почти наверняка потребуется несколько полевых транзисторов и радиатор гораздо большего размера, возможно, с принудительным воздушным охлаждением.

Просто предложение ... Я искал замену LM8261 в корпусе SOT23-5 для управления МОП-транзисторами, такими как IXTN90N25L (23 нФ Ciss) в линейном режиме. Нашел LM7321 с еще более высоким выходным током и полосой пропускания, аналогичной LM8261. Конечно, сняв ограничение SOT23-5, вы можете найти другие операционные усилители с более высоким выходным током, просто воспользуйтесь выбором ti.com.

Эмиттерные повторители печально известны своими колебаниями при емкостных кабельных нагрузках. Небольшой ряд R может сделать его устойчивым.

Я бы начал с наклеивания конденсатора на резистор обратной связи R10. Затем добавьте резисторный делитель для MOSFET с целью смещения MOSFET, когда он начинается в своей линейной (триодной) области.

Причина, по которой я это делаю, такова: очень многие операционные усилители генерируют колебания без конденсатора для ограничения полосы пропускания в контуре обратной связи. Я лично считаю это обязательным чаще, чем нет.

Если MOSFET запускается в своей линейной области, операционный усилитель может стать хорошей отправной точкой, где он может медленно реагировать на изменения вместо того, чтобы внезапно достигать порогового напряжения. Просто сделайте сопротивление большим.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}