¿Cómo funciona realmente este sumidero de corriente constante?

He implementado una fuente de corriente constante y funciona de maravilla, ¡pero esperaba intentar entenderlo un poco más! Aquí está el circuito en cuestión:

he intentado hacer algunas búsquedas en la web y me ha resultado bastante difícil encontrar cosas teóricas en este circuito que expliquen lo que realmente está sucediendo con todo. Descubrí que la corriente a través del transistor se puede encontrar simplemente usando que era mucho más que yo Sabía antes de empezar a buscar. Pero ahora quiero saber qué está sucediendo realmente y cómo sigue siendo una salida de corriente constante incluso con una carga / voltaje variable en la carga.

Si alguien pudiera arrojar algo de luz sobre esto, estaría muy agradecido.

El circuito emplea retroalimentación negativa y utiliza la ganancia muy alta del amplificador operacional. El amplificador operacional intentará mantener sus entradas no inversoras e inversoras al mismo voltaje debido a su ganancia muy alta. Entonces por la ley de Ohm$V_{\text{set}}$

La retroalimentación negativa hace que el amplificador operacional ajuste el voltaje base del transistor de modo que sea ​​constante incluso con una carga variable. Si la carga variable causa un aumento temporal en entonces el voltaje en la entrada inversora del amplificador operacional aumentará temporalmente por encima de la entrada no inversora. Esto hace que la salida del amplificador operacional disminuya, lo que reduce el del transistor y, por lo tanto, su . I puse V B E I C ≈ I $I_{\text{set}}$$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C} \approx I_{\text{set}}$

De manera similar, si la carga variable causa una disminución temporal en entonces el voltaje en la entrada inversora del amplificador operacional caerá temporalmente por debajo de la entrada no inversora. Esto hace que la salida del amplificador operacional aumente, lo que aumenta los transistores e . V B E I $I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C}$

El opamp está actuando como un buffer de ganancia de unidad, aunque puede no ser obvio:

La regla para los opamps es que la salida hace lo que sea necesario para mantener las dos entradas iguales, siempre que no se acorte, por supuesto (se ejecuta en su propio suministro y se detiene allí).

El transistor se usa como un seguidor de emisor, en el cual el voltaje del emisor sigue al voltaje base menos una caída de diodo desde su unión PN.

Ponga esos dos juntos, y verá que el voltaje en la parte superior de Rset es el mismo que Vset. El voltaje conocido a través de una resistencia conocida es igual a la corriente conocida a través de esa resistencia. En la mayoría de los transistores, la contribución de la base a la corriente del emisor es insignificante, por lo que también obtiene prácticamente la misma corriente a través de la carga, independientemente de su voltaje de suministro o resistencia. Pero si lo está utilizando para un diseño serio, no estaría de más verificar esta negligencia con sus partes específicas.

La forma en que me gusta visualizarlo es considerar el transistor como una resistencia variable que el opamp se ajusta automáticamente para mantener el voltaje en la entrada del opamp igual al voltaje en su entrada +.

De esa manera, dado que la corriente en un circuito en serie es igual en todas partes, la corriente en la carga, la unión CE del transistor y el Rset deben ser iguales y, si el voltaje en la parte superior del Rset nunca cambia porque el opamp lo fuerza igual a Vset, entonces su corriente nunca cambia y la corriente a través de la carga tampoco puede.

Otro enfoque es modelar el amplificador operacional como una gran ganancia finita y los límites de toma.

Esto proporciona la salida del amplificador operacional como de la que tenemos . Al dividir y dejar que dé el resultado deseado, .K ( conjunto V - I carga R conjunto ) = I carga R conjunto + 0.7 K K → ∞ I carga = V $K(v_\text{set}-I_\text{load} R_\text{set})$$K(V_\text{set}-I_\text{load} R_\text{set}) = I_\text{load} R_\text{set} + 0.7$$K$$K \to \infty$$I_\text{load} = { V_\text{set} \over R_\text{set} }$

Otra forma simple pero precisa de ver esto es utilizando la teoría de retroalimentación:

$V_x$

$V_{\text{be}}$

$V_o$

o:

Entonces, reorganizando obtenemos:

$\frac{A}{A+1}$

Así:

Sin embargo, escribimos anteriormente que:

$V_o$

$I_{\text{set}}=\frac{V_{\text{set}}}{R_{\text{set}}}$

Mi respuesta es probablemente más de lo que esperaba, pero si tiene curiosidad, apreciará el esfuerzo que le dediqué.

$V_{+} - V_{-}$$A_{v}$$V_{o} = A_{v} * ( V_{+} - V_{-} )$$V_{+}$$V_{-}$$V_{o}$es mucho, mucho más pequeño (esta diferencia de voltaje es para todos los efectos aproximadamente cero voltios).

$V_{+}$$V_{-}$$V_{+} = V_{set}$$V_{-} = V_{set}$$V_{-}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$

${ I_{collector} \over I_{base} } > 40$$I_{emitter} \sim I_{collector}$

$V_{set}$$Z_{in}$$V_{set}$$V_{+}$$V_{supply}$$I_{load}$$V_{supply}$$R_{collector}$

$V_{supply}$$V_{CE}$$R_{collector}$$I_{load}$$V_{CE(on)} ~ 0.3V$$V_{supply}$$I_{load}$$V_{supply}$$I_{load}$$V_{supply}$$V_{CE}$$R_{collector}$$I_{load}$$V_{CE}$$I_{load}$$V_{CE}$$I_{load}$$R_{collector}$$V_{supply}$$R_{collector}$$V_{CE}$$R_{collector}$$I_{load}$$R_{collector}$$I_{load}$$R_{collector}$$V_{supply}$

$R_{collector}$$R_{collector}$$I_{load}$$V_{CE}$$V_{supply} - V_{set}$$R_{collector} = 0 ohm$$V_{CE}$$V_{CE(on)}$

$V_{supply}$$R_{collector}$