¿Por qué este circuito limitador de corriente oscila?

El problema es que la corriente a través de M1 en función del voltaje de la compuerta es altamente no lineal. En algún punto de la función, la ganancia es muy alta, lo que hace que las cosas sean inestables.

Si no necesita una respuesta de alta velocidad de este circuito, puede amortiguarlo un poco más allá del punto en el que determina experimentalmente que no oscilará en ningún punto operativo. Para hacer eso, agregue algo de resistencia en serie con la señal de entrada que va a la entrada negativa de O1, luego agregue algo de capacitancia inmediatamente entre la salida de O1 y su entrada negativa. Debido a la naturaleza no lineal de la fuente de corriente que está impulsando, el valor de la capacitancia que garantiza que no haya oscilación en ninguna parte del rango de operación también sobrecalentará el sistema en otras. Eso puede estar bien si no estás buscando una respuesta rápida.

De todos modos, haría lo anterior, pero no usaría un FET en primer lugar. Solo necesita un rango de cumplimiento de 5 V (200 Ω veces 25 mA), por lo que tiene mucho margen de voltaje. Tienes 24 V para empezar. La carga puede tomar hasta 5 V y la resistencia de detección de corriente a otros 2,5 V. Eso deja un margen de 16,5 V para la fuente de corriente. Realmente no necesita todo eso, pero puede gastar fácilmente 5 V o así para obtener una fuente de corriente razonablemente lineal.

Descarte el PFET y use un transistor PNP con 200 Ω o más en serie con su emisor. El otro extremo de la resistencia está vinculado a la fuente de alimentación de 24 V, el colector se convierte en la salida de corriente controlada y la base se acciona directamente por la salida opamp. Esto supone que la salida opamp puede oscilar dentro de la mitad de un voltio de la fuente positiva, lo que muchos no pueden. El esquema superior no especifica el opamp en absoluto, y la parte inferior muestra un TL082, que definitivamente no puede llegar a 500 mV de la fuente superior. Utilice un opamp que pueda o agregue un divisor de resistencia entre la salida del opamp y la base del transistor para que el transistor esté apagado con algo que el opamp pueda lograr. También puede agregar un diodo o incluso un zener en serie con el emisor para disminuir el rango de voltaje base si lo necesita.

Con este esquema aún agrega el límite de compensación como se describió anteriormente (por lo general, es una buena idea crearlo de todas formas, siempre puede dejar el límite si descubre que no es necesario), pero el mismo valor debería aplicarse bien Todo el rango de operación.

Otra ventaja del esquema PNP es que muchas de las variaciones de la carga son tratadas inmediatamente por el transistor. El bucle de retroalimentación más grande entonces es impulsado principalmente por el punto de ajuste, y no necesita reaccionar tan rápido para cargar cambios. Eso permite más amortiguación para mayor estabilidad sin sacrificar la regulación de la carga. Ralentizará la respuesta a las entradas de control. Por lo que dice, no sabemos cuán importantes son esos dos y, por lo tanto, cuánto importa esto.

En general, debe pensar en la estabilidad de los circuitos con retroalimentación antes construyéndolos y dándose cuenta de que oscilan. El método de diseño de estabilidad de bucle "Oh, mierda" realmente no es muy bueno.

El bucle de retroalimentación negativa del Op-Amp izquierdo pasa por el FET y el segundo Op-Amp, lo que hace que el análisis de la estabilidad sea una pesadilla (y la estabilidad misma es intuitivamente improbable).

Existe la esperanza de que pueda amortiguar el amplificador operacional izquierdo agregando un resistor en serie en la entrada negativa, y un pequeño límite entre la salida y la entrada negativa. Para empezar, intente R = 1 / (6.f.C), por ejemplo. C = 100pF, R = 22k. Aumenta R si eso no tiene efecto.

Actualización: si lo intentas, ¡dinos el efecto!

Si su circuito OA2 de amplificador operacional no se combina perfectamente con sus resistencias, entonces no amplificará realmente la señal diferencial. También también amplificará la señal de modo común, es decir, el voltaje que aparece en el drenaje de m1. No quieres que esto suceda porque es más probable que oscile.

El TL082 también tiene una cifra para CMRR (relación de rechazo en modo común) pero no se especifica a altas frecuencias, podría ser fácilmente un pequeño 20dB a 50kHz y empeorar a frecuencias más altas. Esto hará lo mismo que no tener resistencias perfectamente combinadas.

Supongo también que tiene un verdadero suministro negativo para el TL082 porque si no lo tiene, no funcionará correctamente a 0 V: cuando establezca una demanda de cerca de 0 mA, estará esperando OA2. Circuito para que funcione correctamente y simplemente no lo hará.

Poner un amplificador operacional en el bucle de retroalimentación de otro amplificador operacional puede estar causando problemas y, por lo general, la única forma de evitar esto es reducir la ganancia de alta frecuencia de uno de ellos. Para este fin, podría ser apropiado colocar capacitancia a través de la resistencia de detección de 100 ohmios. Es fácil de hacer y probar. Puede encontrar que en (digamos) 100nF, las cosas se calman.

También hay que tener en cuenta el FET: tendrá una gran ganancia de señal en su configuración y recomendaría colocar una resistencia entre la salida de OA1 y la puerta para reducir la ganancia. Para comenzar, intente 10k y hágalo lo más grande que pueda mientras sigue siendo capaz de encender el feto correctamente.

Se trata de reducir la "ganancia" del circuito para detener las oscilaciones que se acumulan y medir la corriente a través del 100R sin errores de "recolección".

Hay mejores circuitos en caso de que tu esfuerzo resulte infructuoso, pero de todos modos buena suerte.

Aquí hay uno: -

1mAporcadavoltioqueingresaatravésdelosresistoresde1k.Esto"obliga" al amplificador operacional superior a colocar Vin a través de la resistencia de origen de 100, por lo que 10 mA fluyen a través de la carga final para cada voltio en Vin

Básicamente, cualquier circuito de realimentación negativa oscilará si el retardo de fase alrededor del bucle de realimentación alcanza los 180 ° antes de que la ganancia del bucle caiga por debajo de la unidad.

Los polos en la respuesta de frecuencia introducen una fase de retraso que se aproxima a 90 ° por polo a medida que aumenta la frecuencia. Cada opamp tiene al menos un polo de baja frecuencia en su respuesta de bucle abierto que hace que la ganancia disminuya con la frecuencia y que el retardo de fase se aproxime a 90 °.

Usted está operando OA1 sin retroalimentación alguna, por lo que su polo dominante es un factor importante en la respuesta general. Además, está conduciendo un MOSFET, cuya capacitancia de puerta, junto con la impedancia que lo impulsa, introduce otro polo. Juntos, estos polos están conduciendo rápidamente la fase a 180 °.

Hay dos maneras de alejarse de esta situación. Puede reducir la ganancia de OA1 de manera significativa (utilizando la respuesta negativa local) para reducir el efecto de su polo en la respuesta general del bucle, o puede reducir el desplazamiento de fase introduciendo uno o más ceros ( desplazamiento de fase principal (esencialmente un elemento de paso alto con una frecuencia de corte baja) en el bucle.

Las otras soluciones que se han propuesto, que agregarían polos adicionales a la respuesta del bucle, son esencialmente contraproducentes y, en lugar de resolver el problema, simplemente cambiarán la frecuencia de la oscilación.