Un asservissement de tension qui oscille

[erff]

Bonjour,

Je voulais réaliser un asservissement de tension via le montage en pièce jointe et je rencontre quelques bizarreries.

- Au voltmètre, tout marche très bien, on trouve de bonnes valeurs et une bonne immunité vis à vis de la tension d'alim...sauf lorsque je déconnecte la charge de 220 ohms (il lui faut un courant minimum pour que ça marche)..Les entrées de l'AOP ne sont plus égales et la tension de sortie dépend fortement de l'alim...(1er souci)

- À l'oscillo c'est la catastrophe :
La tension de sortie est oscillante autour de sa valeur moyenne (qui correspond à la tension théorique) à une fréquence de 200kHz. L'amplitude des oscillations est d'autant plus forte que le courant demandé en sortie est faible (charge de 220 ohms : qques 10aines de mV, pas de charge : 2-3V) et que la consigne est faible. Le transistor NPN est un coup passant en régime linéaire, un coup bloqué (Vbase oscille entre 0 et plusieurs volts par "pulse" d'autant plus "serrés" que la charge est faible).

Je sens bien qu'il y a de la capa parasite derrière tout ça, mais j'aimerais bien en savoir plus sur ce qui se passe exactement. De même je me demande quelle seraient les solutions à ce problème.

Merci
-----

[jiherve]

Bonsoir,
Vu les résistances en série les pattes du BC546 ce n'est pas étonnant, divise tout par 10 cela devrait aller, celle dans l'émetteur par 100.
Des capa parasites tu en as partout.
JR

[erff]

Alors

J'ai testé...et c'est encore pire...les oscillations vont jusqu'en butée et le réglage du potard fait varier le rapport cyclique
Ce que je ne comprends pas c'est que j'aurais plutôt eu tendance à augmenter la résistance d'émetteur devant celle du collecteur afin d'abaisser le gain du transistor et donc le gain de boucle ouverte.

Du coup, j'ai tout divisé par 10 comme préconisé mais avec une résistance d'émetteur de 33k (pour que Rc/Re=0.1)..C'est mieux mais j'ai une belle sinusoïde de 2mV d'amplitude autour de la valeur moyenne...

[erff]

Je voulais dire 200mV...je m'étais planté de calibre...en fait c'est le même bo****

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAUDET78]

Il n'y a aucun condensateur de découplage ?

[erff]

J'ai 220µF sur l'alim de ma plaque (plaque labdec).

J'en ai remis un aux bornes de l'AOP, les oscillations se sont légèrement calmées (150mV au lieu de 200mV)...mais rien de très probant...

[DAUDET78]

Tu peux mettre en sortie 220µF//0,1µF
Et pour calmer le gain (qui est énorme !) un condensateur (entre 100pF et 2,2 nF) entre collecteur et base des transistors (mettre le minimum qui assure la stabilité).

PS : pourquoi tu n'utilises pas un bon vieux LM317 ?

[erff]

Je regarderai ça demain, il se fait un peu tard.

PS : pourquoi tu n'utilises pas un bon vieux LM317 ?

En fait ce n'est pas pour une application précise, mais juste histoire de me poser des questions.
La bonne nouvelle c'est que le simulateur fait osciller aussi, donc il y a une explication "rationnelle"...que je ne trouve pas.

Merci

[louloute/Qc]

Tu peux essayer aussi une résistance base-émetteur au BC557 de l’ordre du dixième de la valeur de la résistance collecteur BC546 à BC557. D’accord avec Daudet pour la capa de sortie, de préférence tantale.

[Qristoff]

Bonjour,
au niveau fonctionnel, il faut que la tension non-inverseuse de l'ampli ne dépasse pas Vs/2 (valeur du pont de sortie) pour que le circuit reste linéaire.
En prenant une tension de déchet de 1V dans le ballast, la tension Vsmax doit se limiter à 11V. Donc, la tension sur le curseur du pot ne doit jamais exceder 11V/2.
Il faudrait rajouter une résistance talon sur le pot pour être sur d'être toujours en dessous de 5,5V et rester linéaire.
edit: je n'ai pas dit que c'était la source du probléme mais un fonctionnement non linéaire peut être source d'oscillation. à vérifier en fonction de la position du pot.

[Tropique]

Bonjour,

Je voulais réaliser un asservissement de tension via le montage en pièce jointe et je rencontre quelques bizarreries.

La bizarrerie, ce serait que le montage n'oscille pas: empiler 3 étages de gain les uns sur les autres est une recette garantie pour faire un oscillateur, dès l'instant où c'est rebouclé.

Prenons le problème du point de vue de ton AOP: il est conçu pour être stable en gain unité. Cela veut dire qu'il s'attend à voir entre sa sortie et son entrée une atténuation, valant au minimum 0dB s'il est rebouclé directement.
Dans ton circuit, il y a un peu d'atténuation (heureusement), avec les diviseurs résistifs 68K/100K et 10K/10K, mais il y a surtout beaucoup de gain: le BC546 fonctionne en transrésistance (convertisseur U I) de 33K, multiplié par le gain du 557, disons 200, ce qui amène la résistance vers 160ohms.
Donc, pour des valeurs de charge supérieures à ~600ohms, on est sûr que ce sera instable.
Mais il y a d'autres facteurs: les transistors introduisent des pôles supplémentaires dans la réponse en fréquence, ce qui va dégrader encore la situation en introduisant des déphasages supplémentaires.

Et ici, on ne tient pas encore compte de la charge: si un condensateur de découplage était mis en sortie, ce qui est probable pour une application pratique, cela ajouterait encore un pole supplémentaire qui déstabiliserait encore plus la réponse en boucle fermée.

En pratique, il vaudrait mieux chercher à éviter cette architecture, si ce n'est pas absolument nécéssaire. Cela peut cependant être nécéssaire, c'est p.ex. celle que j'ai utilisée pour mon projet d'alim de labo.
Dans ton cas, l'alternative la plus simple serait de mettre le ballast en collecteur commun, et l'attaquer directement par l'AOP. La stabilité serait garantie, mais la tension de sortie serait limitée par les diverses tensions de déchet.
Une autre possibilité ici est de laisser le 557, mais l'attaquer directement par l'AOP, avec un diviseur. Cela éliminerait un étage de la boucle et la tension de sortie ne serait plus limitée. Mais il faudrait certainement une compensation en fréquence, à cause du gain supplémentaire du transistor.

Ton montage est un bon exercice pour trouver une stratégie de compensation: il ne sera pas possible d'arriver à un résultat optimum en ajoutant un seul condensateur p.ex., il faudra réfléchir, analyser, puis simuler et tester pratiquement.

La première chose à faire est de rationnaliser un peu le circuit:
Supprimer la résistance de 33K dans la base du 557, qui n'a aucun rôle actif, et mettre un condensateur de découplage raisonnable en sortie (>0.1µF), puisqu'on peut supposer qu'il y aura d'office ce genre de charge.
A partir de là on peut s'attaquer à la compensation: il faut faire les diagrammes de gain, estimer l'effet des pôles/zéro (ici il n'y a pas [encore] de zéro, et définir une stratégie, en tenant compte du fait que la charge en sortie pourra être très variable.

A vue de nez, un réseau R-C série entre la sortie et l'émetteur du 546 permettra de controler le gain des transistors, sans introduire de pôle problématique influençant la région du gain unité du 358.
Tu peux essayer 33K + 1nF comme valeur de départ. Ca calmera probablement bien les choses, mais ne résoudra pas tout.

[erff]

Bonjour, je donne quelques nouvelles

Le montage n'oscille plus lorsque je mets une capa de découplage en sortie de 2.2µF (idem pour les valeurs supérieures, mais le système est + long à réagir, normal)..L'asservissement est vraiment nickel ...Une capa de 47nF suffit si je débranche la résistance de 220 Ohms, mais ça oscille dès que je recharge. Je pensais que le fait d'ajouter ce condensateur serait déstabilisant étant donné qu'on enlève de la dynamique à la sortie...en fait c'est tout le contraire.

C'est vrai qu'on voit bien que la stabilité est très dépendante du beta du BC557 et de la résistance de sortie (gain en boucle ouverte = [gain pont diviseur apres l'AOP]*beta*R_out/R_emetteur)

A partir de là on peut s'attaquer à la compensation: il faut faire les diagrammes de gain, estimer l'effet des pôles/zéro (ici il n'y a pas [encore] de zéro, et définir une stratégie, en tenant compte du fait que la charge en sortie pourra être très variable.

Je ne sais pas du tout d'où partir pour estimer la valeur des pôles...je ne sais même pas quelles capas parasites jouent des rôles importants

A vue de nez, un réseau R-C série entre la sortie et l'émetteur du 546 permettra de controler le gain des transistors, sans introduire de pôle problématique influençant la région du gain unité du 358.

Je ne saisis pas très bien l'effet de cette structure.

Merci à tous en tous cas.

[Tropique]

Je ne sais pas du tout d'où partir pour estimer la valeur des pôles...je ne sais même pas quelles capas parasites jouent des rôles importants

.

Il faut examiner quelles capas seront soumises à des variations de tension importantes: p.ex., pour le 546, ce serait négligeable: son collecteur est mis à la masse par une impédance faible, et sa capa C-B n'aura qu'une influence négligeable.
Pour le 557, c'est le contraire: il est attaqué en courant, son collecteur va sur la charge, il va donc se comporter comme un intégrateur quasiment pur avec sa capa C-B.

Voici une option de compensation: d'abord le circuit sans compensation (les condos sont en femto): RegNoComp.
On remarque que la pente moyenne est de 150dB/5décades, ~30dB/décade, ce qui est un problème, surtout que c'est plutot vers le gain unité que cette pente s'accentue.
Et sans surprise, au gain unité, la marge de phase est négative, -10°. Le circuit est donc instable (pour les puristes, l'analyse de Bode n'est pas faite tout à fait rigoureusement, mais ici, ça donne déjà une bonne idée).

Avec une charge de 220 ohms (RegNoComp2), la stabilité passe tout juste au ras des pâquerettes: 2.6° de marge. En pratique, ce serait inutilisable cependant, c'est beaucoup trop marginal.

Avec les condos de compensation en place (RegComp), la caractéristique de phase est beaucoup plus sympathique.
Ce qui est confirmé par la marge, qui est maintenant de 80°.

Cette stratégie est donc parfaitement utilisable. Ce n'est vraisemblablement pas encore l'optimum, le gain de boucle aux basses fréquences a été réduit, ce qui n'est pas souhaitable.
Il serait certainement possible de faire mieux en incorporant une correction par avance de phase p.ex.
Il y a un grand nombre de moyens d'arriver à la stabilité, et certains seront meilleurs que d'autres.

[erff]

Merci pour tout ça, je n'en demandais pas tant

D'après le premier Bode, je comprends bien pourquoi il faut absolument avancer la phase de la sortie par rapport à l'entrée (d'environ 55° vers 60kHz voir plus si on augmente la résistance Rout, pour avoir la traditionnelle marge de phase à 45°), et dis moi si je me trompe, le 47pF qui revient sur l'émetteur permet d'avancer la phase de Ve par rapport à Vout (+45° à 100kHz car 1/(2*pi*R*C)=100kHz) donc le courant ib du BC557, ce qui autour de 100kHz "transforme" ce comportement intégrateur en gain constant.

En revanche je n'arrive pas interpréter le comportement du RC série entre le V- et le Vs de l'AOP.


Une autre question qui n'a rien à voir : je vois que dans pas mal de tes messages/projets, tu utilises LTSPICE...je me demandais si tu avais quelques références (site ou bouquins, en français de préférence, mais anglais accepté) à conseiller pour savoir bien manipuler ce simulateur : savoir créer/modifier un modèle SPICE de composants, lui faire réaliser des simulation en faisant des "stepping" sur la température, ou sur une valeur de condensateur, mettre de l'aléatoire dans les caractéristiques d'un composant etc...

Merci

[erff]

J'ai fait le montage proposé avec les modifs suivantes :

- Les résistances touchant le BC546 ont été divisées par 10 en accord avec #2 (je ne sais pas si c'est nécessaire, mais j'ai laissé tel quel)
- La résistance de collecteur a été enlevé (effectivement ça ne change rien)
- Le condensateur de 47pF sur la simulation fait 300pF dans mon montage (3*100 en parallèle...470 aurait été mieux je suis à cours de condo...) pour garantir 1/(2*pi*R*C) proche de 100kHz.
- Je n'ai pas mis le retour RC de l'AOP

Tout fonctionne bien avec une capa de découplage de 47nF en sortie quelle que soit la charge...mais oscille de 100mV si on l'omet...

[Tropique]

En revanche je n'arrive pas interpréter le comportement du RC série entre le V- et le Vs de l'AOP.

Il permet de translater la caractéristique vers le bas, sans modifier la caractéristique de phase aux fréquences élevées.
Cela permet de gagner de la marge brute, en réduisant le gain de boucle:
Voir PartComp.
C'est un peu une solution de facilité, parce que consommer du gain de boucle à des fréquences où on pourrait en avoir besoin (100Hz p.ex.) n'est pas idéal, mais c'est simple et sans problème.
Si on est plus perfectionniste, on peut "sculpter" la courbe pour n'avoir à faire aucun compromis, mais ça demande beaucoup plus de travail.

Une autre question qui n'a rien à voir : je vois que dans pas mal de tes messages/projets, tu utilises LTSPICE...je me demandais si tu avais quelques références (site ou bouquins, en français de préférence, mais anglais accepté) à conseiller pour savoir bien manipuler ce simulateur : savoir créer/modifier un modèle SPICE de composants, lui faire réaliser des simulation en faisant des "stepping" sur la température, ou sur une valeur de condensateur, mettre de l'aléatoire dans les caractéristiques d'un composant etc...

Merci

Fais déjà une recherche avancée sur "LTspice" avec mon nom, j'ai déjà répondu ici à pas mal de ces questions.
S'il t'en reste, tu pourras toujours revenir.