Necesito analizar un esquema y estoy teniendo problemas con esta parte:
La cuestión es que no obtengo nada de la utilidad del MOSFET de canal N en la salida del amplificador operacional. ¿Alguien podría explicar el propósito de este componente?
Porque creo que la conversión se haría incluso sin este transistor.
Respuestas:
Este circuito convierte un voltaje en una corriente, como puede ver en la función de transferencia.
El transistor no es relevante para calcular la corriente de salida, que solo depende del voltaje de entrada y R1.
Desde el circuito puedes encontrar que:
Pero si el Opamp está en la región de alta ganancia, también tendrá eso (idealmente):
Por lo tanto, puede comparar el término correcto de ambas ecuaciones y obtener:
I O U T = V i n
El transistor está diseñado para conducir la corriente de salida dependiendo del voltaje de la puerta. Piénselo de esta manera: el Opamp hará lo que sea necesario para que su entrada sea igual, y esto simplemente proporcionará un voltaje para que R1 * Iout sea igual a Vin. La relación entre Iout y Vo (opamp) será establecida por el transistor.
Entonces el transistor realizará la conversión de VI real , creando un ciclo de retroalimentación con el amplificador operacional.
El transistor es el corazón del circuito, es fundamentalmente un sumidero de corriente controlado por voltaje. Desafortunadamente, es un dispositivo no lineal (la característica de voltaje a corriente no es una línea recta), por lo que el opamp y la resistencia están ahí para linealizar la función del circuito en general.
Porque creo que la conversión se haría incluso sin este transistor.
El opamp establecerá un voltaje basado en las entradas, no una corriente; es un opamp normal por el aspecto del símbolo esquemático, no un amplificador de transconductancia operacional (OTA) que establecería una corriente basada en las entradas.
Además, la cantidad de corriente que un opamp puede hundir o generar es generalmente muy pequeña, por lo que incluso una OTA sin un 'buffer' externo como el circuito MOSFET tendría un rango V-I extremadamente limitado.
Si esto aún no tiene sentido para usted, explique por qué cree que la conversión se haría sin un transistor.
Piensa en el circuito de esta manera. Suponga que su señal Vin es cero, la salida del opamp es cero y debido a esto, la señal en la puerta del MOSFET es cero, el MOSFET no está conduciendo y, posteriormente, la señal en la entrada inversora del MOSFET es cero .
Suponga que la señal de Vin llega a 1V. Ahora hay una diferencia de 1V entre las entradas del amplificador operacional. La salida opamp comenzará a girar hacia el riel positivo, ya que la entrada no inversora es más alta que la entrada inversora, y dado que el MOSFET está apagado, el opamp es de bucle abierto con ganancia extremadamente alta. Eventualmente, el voltaje de salida opamp alcanzará el umbral de puerta a fuente del MOSFET, y comenzará a conducir.
Una de las pocas cosas podría pasar ahora.
Si la conexión fuera de página al drenaje del MOSFET va a una fuente de voltaje, el MOSFET comenzará a controlar la corriente que fluye a través de él en función del voltaje de la puerta. La corriente a través del MOSFET crea una caída de voltaje en R1. El voltaje a través de R1 es la retroalimentación, ya no estamos en lazo abierto, ya que el voltaje R1 se retroalimenta a la entrada no inversora. El sistema alcanzará el equilibrio cuando se genere suficiente voltaje de salida opamp para controlar el MOSFET para permitir que fluya exactamente suficiente corriente a través de R1 para crear una caída de voltaje idéntica a Vin, y mantendrá el equilibrio ajustando la salida opamp como Vin (o el MOSFET dinámico resistencia) cambios.
Si la conexión fuera de página no está conectada a una fuente de voltaje, no fluirá corriente a través de R1, el opamp permanecerá en bucle abierto y el voltaje de salida del opamp se extenderá a su máxima salida positiva posible. El MOSFET estará encendido, pero sin hacer nada.
La ventaja de este enfoque es que se puede usar un opamp pequeño, relativamente 'débil' (en términos de capacidad de manejo) para controlar decenas, cientos, incluso miles de amperios; es solo una cuestión del tamaño del MOSFET y el manejo de potencia capacidad de la resistencia sensorial.
Es (como explica el subtítulo) un convertidor de voltaje a corriente. El voltaje en la parte superior de R1 es igual a (corriente de drenaje de fuente a través de Q4) / 100. El opamp funcionará en modo "seguidor de voltaje", aumentando su salida hasta que alcance un equilibrio con sus dos terminales de entrada iguales.
Entonces el efecto es un sumidero de corriente variable . Esto es independiente del voltaje al que fluye esa corriente (desde algo que está a la derecha de este diagrama). Dado que los opamps son dispositivos basados en voltaje, es bastante difícil obtener el mismo efecto solo con una red de resistencia en la salida.
Esta disposición también permite un MOSFET más grande y un amplificador más débil que intentar hacerlo todo en uno.
TI analiza muy bien esta topología, incluidas las preocupaciones de estabilidad, en este documento. Estabilidad del amplificador operacional Parte 5 de 15
Puede ser útil leer las partes anteriores para comprender completamente. Pero también están disponibles en la web.
EDITAR: lo siento, es un BJT en mi documento. Pero de todos modos, es un buen documento ...