OP แอมป์พร้อมเอาต์พุตบน N-channel MOSFET

9

ฉันต้องการวิเคราะห์แผนผังและฉันมีปัญหากับส่วนนี้:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

สิ่งที่ฉันไม่ได้รับจากยูทิลิตี้ของ N-channel MOSFET ที่เอาท์พุทของ op-amp ใครสามารถอธิบายวัตถุประสงค์ขององค์ประกอบนี้ได้บ้าง

เพราะฉันคิดว่าการแปลงจะทำได้แม้ไม่มีทรานซิสเตอร์นี้

operational-amplifier mosfet

— ดาเมียน
แหล่งที่มา

4

วงจรนี้จะแปลงแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันตามที่คุณเห็นในฟังก์ชั่นการถ่ายโอน

ทรานซิสเตอร์ไม่เกี่ยวข้องในการคำนวณกระแสไฟขาออกซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอินพุตและ R1 เท่านั้น

จากวงจรคุณจะพบว่า:

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

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

แต่ถ้า Opamp อยู่ในภูมิภาคที่มีอัตราผลตอบแทนสูงคุณจะมีสิ่งนั้น (นึกคิด):

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

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

ดังนั้นคุณสามารถเปรียบเทียบคำที่เหมาะสมของทั้งสองสมการและได้รับ:

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}}

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

ทรานซิสเตอร์มีไว้เพื่อขับกระแสไฟขาออกขึ้นอยู่กับแรงดันเกท ลองคิดดูด้วยวิธีนี้: Opamp จะทำสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้อินพุตมีค่าเท่ากันและสิ่งนี้จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าทันทีเพื่อให้ R1 * Iout เท่ากับ Vin ความสัมพันธ์ระหว่าง Iout และ Vo (opamp) จะถูกกำหนดโดยทรานซิสเตอร์

ดังนั้นทรานซิสเตอร์จะทำการแปลง VI จริงสร้างวงข้อเสนอแนะกับ op-amp

— clabacchio
แหล่งที่มา

มันเริ่มชัดเจนขึ้น แต่สมมุติว่าคุณทำสิ่งเดียวกันโดยไม่ใช้ทรานซิสเตอร์ เพียงแค่ op-amp ในข้อเสนอแนะของผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าและตัวต้านทาน op-amp จะพยายามทำให้อินพุตมีค่าเท่ากันจากนั้นจะตั้งค่ากระแสผ่าน R1 เช่นกันเนื่องจาก Vin จะเท่ากับ R1 * Iout และผลลัพธ์จะเหมือนกันหรือไม่? ไม่ทราบว่าคำถามของฉันชัดเจนหรือไม่

— เมียน

@damien ในกรณีนี้คุณจะถูกบังคับให้มี Vout = Vin ในขณะที่ในกรณีนี้ Vout = Vin + Vds และ Vds นั้นอาจแตกต่างกันไปดังนั้นคุณสามารถมีแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตต่างกันตามกระแส

— clabacchio

ฉันยอมรับว่า Vout = Vin หากไม่มีทรานซิสเตอร์และ Vout = Vin + Vds หากอยู่ที่นี่ แต่ฉันไม่เห็นประโยชน์หรือไม่ คุณหมายถึงอะไรโดยการมีแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตต่างกันในปัจจุบัน ขออภัยฉันแค่ต้องการเข้าใจอย่างเต็มที่: s

— damien

@ ดาเมียนคุณใช้วงจรนี้หากคุณต้องการขับกระแสไฟฟ้าโดยไม่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้า ตัวอย่างอาจขับ LED: คุณต้องการขับด้วย 10 mA แม้ว่าคุณจะไม่ทราบว่าแรงดันไฟฟ้าจะดูดกระแสนั้น

— clabacchio

5

ทรานซิสเตอร์เป็นหัวใจของวงจรเป็นพื้นฐานของอ่างล้างจานกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า น่าเสียดายที่มันเป็นอุปกรณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น (แรงดันไฟฟ้าถึงลักษณะปัจจุบันไม่ใช่เส้นตรง) ดังนั้น opamp และตัวต้านทานจึงมีฟังก์ชั่นเชิงเส้นของวงจรโดยรวม

— เดฟทวีด
แหล่งที่มา

4

เพราะฉันคิดว่าการแปลงจะทำได้แม้ไม่มีทรานซิสเตอร์นี้

opamp จะตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าตามอินพุตไม่ใช่กระแสไฟฟ้า - มันเป็น opamp ปกติด้วยรูปลักษณ์ของสัญลักษณ์แผนผังไม่ใช่แอมพลิฟายเออร์ transconductance (OTA) ซึ่งจะตั้งค่ากระแสตามอินพุต

นอกจากนี้ปริมาณของ opamp ปัจจุบันสามารถจมหรือแหล่งกำเนิดมีขนาดเล็กมากดังนั้นแม้ OTA ที่ไม่มี 'บัฟเฟอร์' ภายนอกเช่นวงจร MOSFET จะมีช่วง V-to-I ที่ จำกัด อย่างมาก

หากสิ่งนี้ยังไม่สมเหตุสมผลสำหรับคุณโปรดอธิบายว่าเพราะเหตุใดคุณจึงคิดว่าการแปลงจะทำโดยไม่มีทรานซิสเตอร์

ลองนึกถึงวงจรด้วยวิธีนี้ สมมติว่าสัญญาณ Vin ของคุณเป็นศูนย์เอาท์พุทของ opamp เป็นศูนย์และด้วยเหตุนี้สัญญาณบนเกตของ MOSFET จึงเป็นศูนย์ MOSFET ไม่ทำงานและสัญญาณจากอินพุตอินเวอร์ทของ MOSFET จะเป็นศูนย์ .

สมมติว่าสัญญาณ Vin ไปที่ 1V ตอนนี้มีความต่าง 1V ระหว่างอินพุต op-amp opamp output จะเริ่มแกว่งไปทางรางบวกเนื่องจากอินพุตที่ไม่มีการแปลงกลับมีค่าสูงกว่าอินพุต inverting และเนื่องจาก MOSFET ปิดอยู่ opamp จะเป็นวงเปิดที่มีอัตราขยายสูงมาก ในที่สุดแรงดันเอาท์พุทของ opamp จะไปถึงเกณฑ์เกต - แหล่งต้นทางของ MOSFET และมันจะเริ่มดำเนินการ

สิ่งหนึ่งที่อาจเกิดขึ้นได้ในตอนนี้

หากการเชื่อมต่อนอกหน้ากับท่อระบายน้ำของ MOSFET ไปยังแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า MOSFET จะเริ่มควบคุมกระแสที่ไหลผ่านมันเป็นฟังก์ชั่นของแรงดันเกต กระแสไฟฟ้าผ่าน MOSFET จะสร้างแรงดันตกคร่อม R1 แรงดันไฟฟ้าข้าม R1 คือข้อเสนอแนะ - เราไม่ได้เป็นวงเปิดอีกต่อไป - เนื่องจากแรงดันไฟฟ้า R1 จะถูกป้อนกลับไปยังอินพุตที่ไม่กลับด้าน ระบบจะถึงสมดุลเมื่อแรงดันเอาต์พุต opamp เพียงพอถูกสร้างขึ้นเพื่อควบคุม MOSFET เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R1 มากพอที่จะสร้างแรงดันตกที่เหมือนกันกับ Vin และจะรักษาสมดุลโดยปรับเอาท์พุท opamp เป็น Vin (หรือ MOSFET ไดนามิก ความต้านทาน) การเปลี่ยนแปลง

หากการเชื่อมต่อแบบ off-page ไม่ได้เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันจะไม่มีกระแสไหลผ่าน R1, opamp จะยังคงเป็น open-loop และแรงดันเอาต์พุต opamp จะเชื่อมต่อกับเอาต์พุตบวกที่เป็นไปได้สูงสุด MOSFET จะเปิดอยู่ แต่ไม่ทำอะไรเลย

ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถใช้ opamp ขนาดเล็กที่ค่อนข้าง 'อ่อนแอ' (ในแง่ของความสามารถของไดรฟ์) เพื่อควบคุมแอมแปร์นับสิบร้อยหรือแม้กระทั่งนับพัน - มันเป็นเรื่องของขนาดของ MOSFET และการจัดการพลังงาน ความสามารถของตัวต้านทานความรู้สึก

— อดัมลอเรนซ์
แหล่งที่มา

0

มันเป็น (ตามคำอธิบายอธิบาย) ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นกระแส แรงดันไฟฟ้าที่ด้านบนของ R1 เท่ากับ (แหล่งกระแสระบายออกจนถึง Q4) / 100 opamp จะทำงานในโหมด "ผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้า" เพิ่มการส่งออกจนกว่าจะถึงสมดุลกับขั้วอินพุตทั้งสองเท่ากัน

ดังนั้นผลที่ได้คือปัจจุบันตัวแปรอ่างล้างจาน นี่คือความเป็นอิสระของแรงดันไฟฟ้าที่กระแสนั้นไหลออก (จากสิ่งที่ออกไปทางขวาของแผนภาพนี้) เนื่องจาก opamps เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าจึงค่อนข้างยากที่จะได้รับผลกระทบเดียวกันกับเครือข่ายตัวต้านทานบนเอาต์พุต

การจัดเรียงนี้ยังช่วยให้ MOSFET ขนาดใหญ่ขึ้นและแอมพลิฟายเออร์ที่อ่อนแอกว่าการพยายามทำทุกอย่างในหนึ่งเดียว

— pjc50
แหล่งที่มา

ฉันขอโทษ แต่ฉันไม่ได้รับสิ่งที่คุณหมายถึงพูดถึง MOSFET? Vin ซึ่งจะตั้งค่ากระแสผ่าน R1 หรือไม่

— เมียน

Vin ตั้งค่าโดยอ้อมแต่กระแสผ่าน R1 จากมุมมองการวิเคราะห์กฏของ Kirchoff ขึ้นอยู่กับ MOSFET และแหล่งจ่ายกระแสที่ไม่แสดงออกไปทางขวา

— pjc50

0

การวิเคราะห์โทโพโลยีนี้รวมถึงความกังวลเรื่องความมั่นคงนั้นได้รับการยอมรับอย่างดีในบทความนี้โดย TI เสถียรภาพของเครื่องขยายสัญญาณในการปฏิบัติงานส่วนที่ 5 จาก 15

มันอาจจะมีประโยชน์ในการอ่านส่วนก่อนหน้าเพื่อทำความเข้าใจอย่างเต็มที่ แต่พวกเขายังมีอยู่บนเว็บด้วย

แก้ไข: ขออภัยเป็น BJT ในเอกสารของฉัน แต่อย่างไรก็ตามมันเป็นเอกสารที่ดี ...

— Blup1980
แหล่งที่มา