การเพิ่มช่วงแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องสำหรับวงจรพิน - ไดรฟเวอร์ค่าคงที่สองควอแดรนต์แบบสองตัวแปร

ต่อไปนี้เป็นงานอดิเรกและฉันไม่มีความตั้งใจเชิงพาณิชย์เลย จะสร้างเพียงไม่กี่ (สอง?) (ฉันใช้สิ่งเหล่านี้สำหรับการทดสอบชิ้นส่วนและการสร้างโค้งแม้ว่าด้วยความสอดคล้องของแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นฉันอาจพบว่ายังใช้งานได้มากกว่าเดิม)

ฉันมีวงจนไดรเวอร์ดังต่อไปนี้ซึ่งให้แรงดันเอาต์พุตสูงสุดในขณะที่ให้กับโหลดที่เชื่อมต่อระหว่างเอาท์พุทพินและกราวด์ . (ขนาดใหญ่บวกและลบราวประมาณพร้อมราง opamp ที่ ) $\pm 50\:\textrm{V}$ $\pm 10\:\textrm{mA}$ $\pm 60\:\textrm{V}$ $\pm 15\:\textrm{V}$

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

อัตราสลูว์ที่เอาต์พุตสำหรับวงจรข้างต้นโดยทั่วไปจะไม่เกินหรือ{s}} (ฉันขับอินพุตด้วยอัตราตามลำดับไม่เร็วกว่า , สูงสุดถึงยอดและมักช้ากว่านั้น) $20\:\frac{\textrm{A}}{\textrm{s}}$ $100\:\frac{\textrm{mV}}{\mu\textrm{s}}$ $1\:\textrm{ms}$

ฉันต้องการที่จะขยายแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับและลดความสามารถของไดรฟ์ปัจจุบันไปยังที่อื่นจากอาจจะเป็น{} (แรงดันไฟฟ้าอัตราการฆ่าเพิ่มขึ้นเป็นและนี่อาจเป็นปัญหาด้วยเช่นกัน) $\pm 800\:\textrm{V}$ $\pm 500\:\mu\textrm{A}$ $\pm 1\:\textrm{mA}$ $1.6\:\frac{\textrm{V}}{\mu\textrm{s}}$

การได้รับรางจ่ายไฟฟ้าแรงสูงที่จับคู่ไม่ใช่ปัญหา แต่ฉันสามารถหยิบผ่านเป็นส่วนต่างๆบนลูกเต๋าเดียวกัน (BCM846S ฯลฯ ) ฉันต้องการเก็บไว้เป็นคู่(และอาจจะเป็น ) แต่ตอนนี้ขึ้น "มาก" และโทโพโลยีแบบเดียวกันจะไม่ทำงานเนื่องจากฉันไม่คิดว่าจะมีคู่ BJT ใด ๆ ที่จับคู่กับใด ที่จริงแล้วฉันไม่แน่ใจว่า PNP BJT ใด ๆ ที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งเข้าใกล้สิ่งที่ฉันอยากเห็น (อาจเป็น NPN แต่เป็น PNP) $\pm 850\:\textrm{V}$ $Q_1$ $Q_4$ $V_{BE}$ $\beta$ $V_{CEO}$ $V_{CEO}$

ฉันสามารถจินตนาการถึงการติดตั้งรางแรงดันไฟฟ้าอีกคู่หนึ่ง (ใกล้กับรางไฟฟ้าแรงสูง แต่อาจใกล้กับพื้นดิน) และใช้การออกแบบแบบคาสเคด (ใช้ BJT อีกสี่ตัว) เพื่อป้องกันความสูง และคู่กระจกที่จับคู่กันต่ำ การจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มนั้นไม่จำเป็นต้องจัดการมากกว่าหรือราว ๆ นั้นดังนั้นจึงอาจไม่ใช่เรื่องยากที่จะสร้างจากรางจ่ายไฟฟ้าแรงสูงใหม่ แต่ถ้ามีความคิดอื่น ๆ / ดีกว่าเกี่ยวกับโทโพโลยีฉันต้องการจะได้ยินพวกเขา $40\:\textrm{V}$ $10\:\mu\textrm{A}$

นี่คือสิ่งที่ฉันหมายถึง:

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้}

มีปัญหาที่ฉันคิดถึงการคิดเกี่ยวกับที่นี่หรือฉันสามารถทำได้ดีกว่า? ไม่มีใครมีข้อเสนอแนะของกระบวนการใด ๆ โดย FAB ใด ๆ สำหรับ BJT ที่ไม่ต่อเนื่องที่ฉันอาจพิจารณาสำหรับรหัสที่นี่

ฉันก็รู้ว่าฉันจะต้องเจอกับปัญหาที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงเกี่ยวกับการฝึกปรือและการเหยียบย่ำซึ่งฉันไม่ต้องเผชิญที่นี่มาก่อน นั่นเป็นหัวข้อที่แตกต่างกันซึ่งฉันจะพูดแยกกันและหลังจากนั้น ตอนนี้ฉันมุ่งเน้นไปที่วิธีการรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญที่ฉันต้องการบรรลุ

เพียงเพื่อประโยชน์ของความชัดเจนในกรณีที่ไม่ชัดเจนวงจรเป็นแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VCCS) ที่จมหรือแหล่งจ่ายกระแสในการโหลดลงกราวด์ (มีการใช้งานเพียงครั้งเดียวสำหรับการติดตามเส้นโค้งเซมิคอนดักเตอร์) แรงดันไฟฟ้าอินพุตจะส่งสัญญาณลงในโหลดที่มีการลงกราวด์ แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่จะจมจากภาระที่ลงดินแล้ว คลื่นสามเหลี่ยมแรงดันสั่นอย่างราบรื่นระหว่างและจะสร้างคลื่นสามเหลี่ยมปัจจุบันเป็นโหลดสั่นอย่างราบรื่นจากถึง $-10\:\textrm{V}$ $500\:\mu\textrm{A}$ $+10\:\textrm{V}$ $500\:\mu\textrm{A}$ $-10\:\textrm{V}$ $+10\:\textrm{V}$ $+500\:\mu\textrm{A}$ $-500\:\mu\textrm{A}$ (ไม่ว่าโหลดนั้นจะเป็นไดโอดหรือตัวต้านทาน) และความสอดคล้องของแรงดันไฟฟ้าควรสนับสนุนการดำเนินการทั้งหมดข้างต้นด้วยตัวต้านทานเป็นโหลด ในบางครั้งมันจะถูกดำเนินการโดยใช้ฟันเลื่อยหรือสามเหลี่ยมคลื่นเป็นอินพุต ฉันยังสามารถใช้งานได้ระหว่างและที่อินพุตควบคุม (หรือแม้กระทั่งระหว่างถึงที่อินพุต) พฤติกรรมต้องเป็นแบบโมโนโทนตลอด ความถี่สูงสุดที่ฉันใช้เกี่ยวกับคือแต่ฉันสามารถเสียสละ 10 ปัจจัย ณ จุดนั้นหากจำเป็น $1.5\:\textrm{M}\Omega$ $-1\:\textrm{V}$ $+1\:\textrm{V}$ $-100\:\textrm{mV}$ $+100\:\textrm{mV}$ $1\:\textrm{kHz}$

วงจรข้างต้นก็ดีสำหรับจุดประสงค์อื่น ถ้าฉันลบ (โดยแทนที่ด้วย )และใช้อินพุทอินพุทของ opamp เป็นโหนดที่ฉันสามารถจมหรือแหล่งกระแสในปัจจุบันและถ้าฉันยังวางตัวต้านทานความแม่นยำที่รู้จักจากเอาต์พุตไปยังพื้นดิน จากนั้นแรงดันไฟฟ้าสองขั้วที่เอาท์พุทจะขึ้นอยู่กับกระแสสองขั้วกับพื้น $0\:\Omega$ $R_8$

จริงๆแล้วมันเป็นโมดูลที่ค่อนข้างหลากหลาย

bjt high-voltage current-source

— Jonk
แหล่งที่มา

แอมป์สหกรณ์ควรทำอย่างไร

— Daniel

มันควรจะปิดเวทีขั้วตรงข้ามกับรางไฟหรือไม่?

— Daniel

@Daniel opamp อาจจมหรือโหลดแหล่งที่มาปัจจุบันลงในโหลดที่แนบกับเอาต์พุต ในการทำเช่นนั้นจะต้องแหล่งที่มาหรือจมในปัจจุบันจากรางอุปทาน คำตอบของฉันที่นี่แสดงให้เห็นการประยุกต์ใช้ความคิด "บ้า" อีกเช่น: electronics.stackexchange.com/questions/256955/…

— jonk

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

เจ๋ง ... คุณกำลังทำมิเรอร์กระแสไฟฟ้าที่ด้านอินพุทและ opamp ก็ปรับมันโดยการดึงกระแสออกมาจากรางกลางที่ทั้งท็อปไซด์หรือด้านล่างตามต้องการ ... ทรานซิสเตอร์เอาท์พุท (เช่นเดียวกับออน ด้านอินพุต) ทำงานเหมือนตัวต้านทานค่าสูง ... 800V / 500uA = ~ 1.6M ohm ฉันไม่มีพื้นหลังที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ แต่นั่นจะทำให้ฉันเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่กลายเป็นสุดขีด (เล็กน้อย) หากการโหลดของคุณคือ 1.5M ฉันคิดว่าคุณโอเคไหม ทรานซิสเตอร์ที่มีความต้านทานสูงจะเปลี่ยนกระแสเป็นเร่ร่อนถ้ามีใครถูกดึงไปเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างใหญ่ มันสำคัญไหม

— ผู้ใช้

คำตอบ:

เนื่องจากไม่มีคำตอบให้หลั่งไหลเข้ามา:

แอปพลิเคชันของคุณมีความละเอียดอ่อนต่อการกระเพื่อม (~ แอมพลิจูดคุณได้กล่าวถึงแบนด์วิดท์แล้ว)

ฉันรู้สึกว่าคุณควรจะมีทรานซิสเตอร์สวิทช์ควบคุม PWM จากด้านสูงไปอีกทรานซิสเตอร์สวิทช์ที่ควบคุมด้วย PWM ไปทางด้านต่ำเพิ่มตัวต้านทานความรู้สึกปัจจุบันในช่วง3kΩที่โหนดระหว่างสองเหล่านี้ตามด้วยค่าต่ำ ข้ามตัวกรองและผลักดัน DUT ของคุณจากนั้น

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ทีนี้คุณจะควบคุมสวิตช์เหล่านี้ตามตำแหน่งพัลส์ของเมื่อกระแสข้าม Rmeas ข้าม 1mA เต็ม (ตามที่สังเกตโดย D2) การสอบเทียบอาจมีความจำเป็น แต่สมมติว่าที่อัตราการเปลี่ยนอาจจะ 50 kHz นั้นเพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันนี้ (และนั่นไม่ใช่เรื่องง่ายเลยหากคุณจำเป็นต้องขับประตูหรือฐานสูง - และสวิตช์ด้านล่างในอัตรานั้น) MCU ที่ทันสมัยจะขึ้นอยู่กับภารกิจ ฉันแน่ใจว่าคุณจะสามารถออกแบบแอนะล็อกที่อาจฉลาดกว่าซอฟต์แวร์ที่ฉันนำเสนอ (แม้ว่าจะทำในซอฟต์แวร์แม้ว่าจะมีปัญหาด้านปริมาณก็ตามจะทำให้ง่ายต่อการรวมข้อมูลการสอบเทียบ)

ฉันให้เครื่องหมายดอกจัน Rectifier * เพราะมันไม่เหมือนจริง ๆ ฉันแนะนำให้คุณใช้ PN diode bridge rectifier ที่นี่ - มันใช้งานไม่ได้เนื่องจากกระแสไดโอดจะมีขนาดใหญ่กว่ากระแสการวัด ตัวแก้ไขความแม่นยำบนฐานของแอมป์บนตัวจ่ายไฟแบบลอยอาจเป็นวิธีแก้ปัญหาที่นี่ (และสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยราคาที่คุ้มค่าด้วยค่าใช้จ่ายในการออกแบบที่สวยงามพร้อมแบตเตอรี่ ... ) ไม่ว่าในกรณีใดวงจรเรียงกระแสทั้งหมด - ออปโตคัปเปลอร์ - วงจรซีเนอร์เป็นเพียงแรงดันไฟฟ้า 1 บิตโดยไม่สนใจสัญญาณ ADC; เครื่องมือเปรียบเทียบหน้าต่างหรือแม้กระทั่ง amperemeter IC ที่เหมาะสมเช่นลิงก์ดิจิตอลออปติคัลไปยัง MCU ที่ควบคุมอาจจะทำได้ดีกว่า

เห็นได้ชัดว่า RC ขั้นตอนเดียว (1.6kΩł 100nF) LPF เป็นเพียงวิธีรวดเร็ว 'ที่นี่; อย่างไรก็ตามมันมีการลดทอนขนาด -36dB ที่ความถี่เปลี่ยน 50 kHz ของฉัน (และฉันเดาว่ามันก็เพียงพอแล้วสำหรับคุณ) ในขณะที่ต้องพึ่งพาค่าตัวเก็บประจุที่ยังคงมีให้เป็นตัวเก็บประจุฟิล์มสำหรับ> 1kV ด้วยความอดทน 5%

แรงจูงใจของฉันสำหรับเรื่องนี้คือมันอาจจะง่ายกว่าที่จะพูดถึงการสลับทรานซิสเตอร์ในเวลาที่กำหนดอย่างประณีตกว่าการควบคุมทรานซิสเตอร์ในแบบเชิงเส้นพอที่แรงดันในมือ

— Marcus Müller
แหล่งที่มา

นี่คือพฤติกรรม วงจรของฉันเป็นจริง เปลี่ยนวงจรของคุณจากแนวคิดสู่ความเป็นจริง ... เป็นสิ่งที่แตกต่าง ไม่พูดถึงว่าฉันใช้วงจรของฉันสำหรับการกวาดเชิงเส้นและแนวคิดนี้จะให้ฉันแกว่ง PWM แทน ด้วยความสามารถในการฆ่า 1600 V ในหนึ่งมิลลิวินาทีฉันสามารถจินตนาการความถี่ที่ต้องการเป็น "สูง" เพื่อให้ได้สิ่งที่ฉันต้องการ ฉันอยากจะรู้ว่าคุณจินตนาการว่าสวิตช์เหล่านั้นเป็นอย่างไร ... ถ้ามอสเกตฉันเห็นแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่แกว่งผ่านความจุขนาดใหญ่ที่ความเร็วสูงและทำให้ฉันว่างเปล่า

— jonk

และพิจารณาโหลดอาจเป็นอุปกรณ์ที่แปลกประหลาดฉันต้องการกวาด นั่นหมายถึงตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ (กระแสคงที่หรือตัวแปรในขณะที่ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า) หรือตัวเหนี่ยวนำ (เริ่มต้นที่ศูนย์และ ramping ในอัตราที่กำหนดในขณะที่ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า) นอกจากนี้ฉันสามารถใช้วงจรของฉันตรงกันข้าม เป็นจุดกราวด์เพื่อจมกระแสกับเอาต์พุตตอบสนองตามโหลดที่ฉันวางไว้ มันเป็นวงจรเอนกประสงค์ที่น่าประหลาดใจ สิ่งที่คุณแนะนำดูเหมือน จำกัด มากและหลากหลายน้อยกว่า สมมติว่าฉันสามารถหารายละเอียดของการทำมันได้

— jonk

สองสิ่ง: 1. ใช่นี่เป็นนามธรรมมาก ถ้ามีเคยบิตเหตุผลของการประเมินตนเองในตัวผมมันบอกฉันฉันไม่ควรจะเป็นหนึ่งเสนอวงจรอนาล็อกที่แท้จริงคุณของทุกคน - มีง่าย 40 dBexperience ว่าคุณมีมากกว่าฉัน จากนั้น: 2. ความถี่การสลับและความชันปัจจุบันมี จำกัด นั่นคือความจริงที่ฉันมีความมั่นใจเล็กน้อยในสิ่งที่ฉันรู้ - ถ้าสัญญาณเอาท์พุทเป็นแบบ จำกัด ย่านความถี่อัตราที่เราต้องใช้ในการสร้างตัวอย่างปัจจุบันจะถูก จำกัด Nyquist เป็นเพื่อนของคุณ! คำถามของช่วงไดนามิกที่คุณต้องการนั้นจะกำหนดขอบเขตที่ต่ำกว่าสำหรับ ...

— Marcus Müller

... คุณต้องการแบ่งระยะเวลาตัวอย่างอย่างประณีตเป็น pwm "ช่อง" และนั่นก็เป็นเพียงความถี่ที่หน่วย pwm จะต้องทำงานและทรานซิสเตอร์จะต้องสลับในกรณีที่รุนแรง ตอนนี้ฉันเห็นด้วยความเร็วการสลับ MHz สองเท่าสำหรับ MOSFET ที่แรงดันไฟฟ้าของแหล่งระบายเหล่านี้จะไม่ทำงาน อย่างไรก็ตามช่วง kHz ตอนบนที่มี CMOS ให้เสียงเป็นไปได้

— Marcus Müller

ฉันมีนกในมือดังนั้นต้องพูด ฉันค่อนข้างมั่นใจว่าการดัดแปลงรหัสย่อยจะทำงานได้ตามความต้องการของฉัน - แต่แน่นอนฉันกังวลว่าฉันอาจพลาดรายละเอียดที่สำคัญ มันทำหน้าที่เป็นซิงก์กระแสที่อินพุตให้แรงดันที่เอาต์พุต หรือเป็นแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตควบคุมกระแสไฟฟ้าที่เอาต์พุต หรือคอมโบใด ๆ ฉันสามารถเพิ่มตัวต้านทานที่รู้จักที่อินพุตหรือไม่ ฉันสามารถเพิ่มตัวต้านทานที่รู้จักที่เอาต์พุตหรือไม่ ดังนั้นฉัน -> I, I -> V, V -> I หรือ V -> V. ฉันใช้มันเป็นวงจรพินไดร์เวอร์ที่ฉันสามารถรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้เป็นไดรฟ์พินที่รุนแรง

— jonk

วงจรของคุณดูดี .HV pnp BJTs หายากฉันใช้ 600V ชนิดสำหรับงานอื่น ๆ พวกเขาราคาถูกและหาง่ายและเชื่อถือได้คุณสามารถเชื่อมต่อซีรีส์เหล่านี้ได้ ปัญหามิฉะนั้นคุณสามารถไปที่การออกแบบ NPN ทั้งหมดเช่นบางสิ่งบางอย่างบนพื้นฐานของ SRPP ฉันได้ใช้ mosfets ช่อง 800 VN ราคาถูก 2 ซีรีส์ต่อขาสะพานเพื่อสร้าง +/- 500 VDC ที่ 1 Ma

— หมกหมุ่น
แหล่งที่มา