OP amp dengan output pada saluran-N MOSFET

9

Saya perlu menganalisis skema dan saya mengalami masalah dengan bagian ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Masalahnya adalah saya tidak mendapatkan sama sekali utilitas N-channel MOSFET pada keluaran op-amp. Adakah yang bisa menjelaskan tujuan komponen ini?

Karena saya pikir, konversi akan dilakukan bahkan tanpa transistor ini.

operational-amplifier mosfet damien
sumber

4

Sirkuit ini mengubah tegangan dalam arus, seperti yang Anda lihat pada fungsi transfer.

Transistor tidak relevan dalam menghitung arus keluaran, yang hanya bergantung pada tegangan input dan R1.

Dari sirkuit Anda dapat menemukan bahwa:

V_{i n -} = V_{S S} + I_{O U T} \cdot R_{1}

$V_{in-} = V_{SS} + I_{OUT} \cdot R_1$

Tetapi jika Opamp berada di wilayah berpenghasilan tinggi, Anda juga akan memiliki itu (idealnya):

V_{i n -} = V_{i n +} = V i n

$V_{in-} = V_{in+} = Vin$

Oleh karena itu Anda dapat membandingkan istilah yang tepat dari kedua persamaan dan mendapatkan:

V i n = V_{S S} + I_{O U T} \cdot R_{1}

$Vin = V_{SS} + I_{OUT} \cdot R_1$

I_{O U T} = \frac{V i n}{R_{1}}

$I_{OUT} = \frac{Vin}{R_1}$

Transistor dimaksudkan untuk menggerakkan arus keluaran tergantung pada tegangan gerbang. Pikirkan seperti ini: Opamp akan melakukan apa yang diperlukan untuk membuat inputnya sama, dan ini hanya akan memasok tegangan sehingga R1 * Iout sama dengan Vin. Hubungan antara Iout dan Vo (opamp) akan diatur oleh transistor.

Jadi transistor akan melakukan konversi VI nyata , menciptakan loop umpan balik dengan op-amp.

clabacchio
sumber

sebenarnya mulai menjadi jelas tetapi katakanlah Anda melakukan hal yang sama tanpa transistor. Hanya op-amp dalam umpan balik tegangan-pengikut dan resistor. Op-amp akan mencoba untuk membuat inputnya sama dan kemudian akan mengatur arus melalui R1 juga karena Vin akan sama dengan R1 * Iout. Dan hasilnya tidak akan sama? Tidak tahu apakah pertanyaan saya jelas

damien

@ Damen dalam hal ini Anda akan dipaksa untuk memiliki Vout = Vin, sedangkan dalam kasus ini Vout = Vin + Vds, dan Vds itu dapat bervariasi sehingga Anda dapat memiliki tegangan output yang berbeda mengingat arus.

clabacchio

Saya setuju bahwa Vout = Vin jika tidak ada transistor dan Vout = Vin + Vds jika ada di sini. Tapi saya tidak melihat utilitasnya? Apa yang Anda maksudkan dengan memiliki voltase keluaran yang berbeda saat ini? Maaf saya hanya ingin sepenuhnya memahaminya: s

damien

@ Damen Anda menggunakan sirkuit ini jika Anda ingin menggerakkan arus tanpa memaksa tegangan. Contohnya bisa mengendarai LED: Anda ingin mengendarainya dengan 10 mA, meskipun Anda tidak tahu persis pada tegangan mana ia akan menyedot arus itu.

clabacchio

5

Transistor adalah jantung dari rangkaian, pada dasarnya merupakan arus yang dikendalikan oleh tegangan. Sayangnya, ini adalah perangkat nonlinier (karakteristik voltase ke arus bukan garis lurus), sehingga opamp dan resistor ada untuk linierisasi fungsi rangkaian secara keseluruhan.

Dave Tweed
sumber

4

Karena saya pikir, konversi akan dilakukan bahkan tanpa transistor ini.

Opamp akan menetapkan tegangan berdasarkan input, bukan arus - ini adalah opamp normal dengan tampilan simbol skematik, bukan penguat transkonduktansi operasional (OTA) yang akan mengatur arus berdasarkan input.

Juga, jumlah arus opamp yang dapat ditenggelamkan atau sumber umumnya sangat kecil, sehingga bahkan OTA tanpa 'buffer' eksternal seperti sirkuit MOSFET akan memiliki rentang V-to-I yang sangat terbatas.

Jika ini masih tidak masuk akal bagi Anda, tolong jelaskan mengapa Anda berpikir konversi akan dilakukan tanpa transistor.

Pikirkan sirkuit seperti ini. Asumsikan bahwa sinyal Vin Anda adalah nol, output dari opamp adalah nol dan karena ini, sinyal di gerbang MOSFET adalah nol, MOSFET tidak melakukan dan selanjutnya sinyal pada input pembalik MOSFET adalah nol .

Asumsikan bahwa sinyal Vin pergi ke 1V. Sekarang ada perbedaan 1V antara input op-amp. Output opamp akan mulai meluncur ke arah rail positif, karena input non-pembalik lebih tinggi dari input pembalik, dan karena MOSFET tidak aktif, opamp adalah loop terbuka dengan penguatan sangat tinggi. Akhirnya, tegangan keluaran opamp akan mencapai ambang gerbang ke sumber MOSFET, dan itu akan mulai melakukan.

Satu dari beberapa hal bisa terjadi sekarang.

Jika koneksi off-halaman ke saluran MOSFET pergi ke sumber tegangan, MOSFET akan mulai mengendalikan arus yang mengalir melaluinya sebagai fungsi dari tegangan gerbang. Arus melalui MOSFET menciptakan penurunan tegangan pada R1. Tegangan melintasi R1 adalah umpan balik - kita tidak lagi loop terbuka - karena tegangan R1 diumpankan kembali ke input non-pembalik. Sistem akan mencapai kesetimbangan ketika tegangan keluaran opamp yang cukup dihasilkan untuk mengontrol MOSFET untuk memungkinkan arus yang cukup tepat untuk mengalir melalui R1 untuk membuat penurunan tegangan yang identik ke Vin, dan akan mempertahankan keseimbangan dengan menyesuaikan keluaran opamp sebagai Vin (atau dinamika MOSFET resistensi) berubah.

Jika koneksi off-page tidak terhubung ke sumber tegangan, tidak ada arus yang akan mengalir melalui R1, opamp akan tetap terbuka-loop dan tegangan output opamp akan rail ke output positif semaksimal mungkin. MOSFET akan aktif, tetapi tidak melakukan apa-apa.

Keuntungan dari pendekatan ini adalah bahwa opamp kecil, relatif 'lemah' (dalam hal kemampuan drive) dapat digunakan untuk mengontrol puluhan, ratusan, bahkan ribuan ampere - itu hanya masalah ukuran MOSFET dan penanganan daya kemampuan resistor akal.

Adam Lawrence
sumber

0

Ini (seperti keterangan di bawah) konverter tegangan ke arus. Tegangan di bagian atas R1 sama dengan (sumber-tiriskan saat ini melalui Q4) / 100. Opamp akan beroperasi dalam mode "pengikut tegangan", meningkatkan outputnya hingga mencapai kesetimbangan dengan dua terminal inputnya sama.

Jadi efeknya adalah variabel saat ini tenggelam . Ini tidak tergantung pada tegangan di mana arus mengalir (dari sesuatu ke kanan diagram ini). Mengingat bahwa opamps adalah perangkat berbasis tegangan, cukup sulit untuk mendapatkan efek yang sama hanya dengan jaringan resistor pada output.

Pengaturan ini juga memungkinkan untuk MOSFET yang lebih besar dan penguat yang lebih lemah daripada mencoba untuk melakukan semuanya dalam satu.

pjc50
sumber

Saya minta maaf tapi saya tidak mengerti maksud Anda, berbicara tentang MOSFET? Bukankah itu Vin yang akan mengatur arus melalui R1?

damien

Vin menetapkannya secara tidak langsung , tetapi arus melalui R1 dari sudut pandang analisis Hukum Kirchoff tergantung pada MOSFET dan sumber arus yang tidak ditampilkan ke kanan.

pjc50

0

Analisis topologi ini termasuk masalah stabilitas sangat baik ditekankan dalam makalah ini oleh TI. Stabilitas Amplifier Operasional Bagian 5 dari 15

Mungkin bermanfaat untuk membaca bagian sebelumnya untuk memahami sepenuhnya. Tetapi mereka juga tersedia di web.

EDIT: maaf itu adalah BJT dalam dokumen saya. Tapi bagaimanapun, itu dokumen yang bagus ...

Blup1980
sumber

OP amp dengan output pada saluran-N MOSFET

Jawaban: