Как на самом деле работает этот постоянный сток?

10

Я реализовал источник постоянного тока, и он чудесно работает, но я просто надеялся немного больше понять его! Вот схема, о которой идет речь:

я попытался провести поиск в Интернете и обнаружил, что в этой схеме довольно трудно найти какие-либо теоретические вещи, которые объясняют, что на самом деле происходит со всем. Я обнаружил, что ток через транзистор можно найти просто с помощью что было намного больше, чем я знал, прежде чем я начал искать. Но теперь я хочу знать, что на самом деле происходит и как оно остается постоянным выходным током даже при переменной нагрузке / напряжении на нагрузке.

IE=VsetRset

Если бы кто-нибудь смог пролить свет на это, я был бы очень признателен.

MrPhooky
источник
Ну, во-первых, просто попробуйте удалить транзистор и подключить нагрузку непосредственно к операционному усилителю. Проанализируйте это со своими стандартными правилами операционного усилителя. Транзитор добавлен в качестве усилителя, чтобы позволить больше тока. (В этой схеме есть бета-ошибка, и если вы хотите точного контроля, вместо BJT часто используется FET.)
Джордж Херольд

Ответы:

15

Схема использует отрицательную обратную связь и использует очень высокий коэффициент усиления операционного усилителя. ОУ будет пытаться сохранить его неинвертирующий и инвертирующий входы в то же напряжение из - за его очень высоким коэффициентом усиления. Тогда по закону ОмаVset

Iset=VsetRset

Отрицательная обратная связь заставляет операционный усилитель регулировать базовое напряжение транзистора, так что постоянное значение даже при переменной нагрузке. Если переменная нагрузка вызывает временное увеличение I set, то напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя временно поднимется выше неинвертирующего входа. Это приводит к тому выходу операционного усилителя уменьшаться, что приводит к снижению транзистора V B E и , следовательно , его я Ся множество .IsetIsetVBEICIset

Точно так же, если переменная нагрузка вызывает временное уменьшение то напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя временно падает ниже неинвертирующего входа. Это приводит к увеличению выхода операционного усилителя, что увеличивает V B E и I C транзистора .IsetVBEIC

Значение NULL
источник
7

Операционный усилитель действует как буфер с единичным усилением, хотя это может быть неочевидно:

Правило для операционных усилителей заключается в том, что выход делает все возможное, чтобы поддерживать два входа равными, при условии, что он, конечно, не обрезает (запускается в свой источник и останавливается на этом).

Транзистор используется в качестве повторителя-эмиттера, в котором напряжение эмиттера следует базовому напряжению за вычетом падения напряжения на диоде от его PN-перехода.

Соедините их вместе, и вы увидите, что напряжение в верхней части Rset такое же, как у Vset. Известное напряжение на известном сопротивлении равно известному току через это сопротивление. В большинстве транзисторов вклад базы в ток эмиттера незначителен, поэтому через нагрузку вы получаете практически одинаковый ток, независимо от его напряжения питания или сопротивления. Но если вы используете его для серьезного дизайна, не мешало бы проверить эту пренебрежимость с вашими частями.

AaronD
источник
Это на самом деле не буфер усиления единства. Подумайте: поскольку напряжение на выходе операционного усилителя должно быть выше, чем напряжение на входах операционного усилителя, чтобы подвести базу транзистора к падению Vbe выше, чем напряжение на входах операционного усилителя, коэффициент усиления должен быть больше единицы, да?
EM Fields
@EMFields: у него есть постоянное смещение, но при этом напряжение увеличивается на единицу. Внутри операционный усилитель имеет огромный выигрыш, но он используется только для минимизации ошибки между опорным сигналом и обратной связью. Цепь в целом имеет единичное усиление плюс это смещение на базе транзистора.
AaronD
Если Vset равен 6 вольтам, а напряжение на выходе операционного усилителя достигает 6,7 вольт, чтобы поднять верх Rset до 6 вольт, тогда усиление напряжения операционного усилителя будет , что больше единицы. Av=VoutVin=6.7V6V= 1.117
EM Fields
@EMFields: Gain - это двухточечный расчет. Если вы принимаете Vout = Vin = 0V для другой точки, то вы будете правы. Но это не здесь. Запустите математику снова с {Vout, Vin} = {0,7, 0,0} В для одной точки и {Vout, Vin} = {6,7, 6,0} В для другой.
AaronD
Полная чепуха. Усиление, по сути, является двухточечным вычислением, но две точки - это просто выход (дивиденд) и вход (делитель), а коэффициент усиления является результирующим частным. Для буфера с единичным усилением частное всегда равно 1, что, в вашем случае, неверно, так как вы вставили соединение база-эмиттер в путь обратной связи, в результате чего выходной сигнал поднялся до более высокого напряжения, чем входной, в результате чего коэффициент будет больше 1. Нижняя строка? То, что вы называете буфером единства, не так. Нужно больше доказательств? введите "буфер усиления блока" в свой браузер и посмотрите, что произойдет.
EM Fields
3

Мне нравится визуализировать это, рассматривая транзистор как переменный резистор, который операционный усилитель настраивает автоматически, чтобы поддерживать напряжение на входе операционного усилителя равным напряжению на его входе +.

Таким образом, поскольку ток в последовательной цепи везде одинаков, ток в нагрузке, транзистор CE и Rset должен быть одинаковым, и, если напряжение в верхней части Rset никогда не изменяется, потому что операционный усилитель заставляет его равняться Vset, то его ток никогда не меняется, и ток через нагрузку тоже не может.

EM Fields
источник
2

Другой подход - смоделировать операционный усилитель как большой конечный коэффициент усиления и пределы приема.

K(vsetIloadRset)K(VsetIloadRset)=IloadRset+0.7KKIload=VsetRset

copper.hat
источник
1

Еще один простой, но точный способ убедиться в этом - использовать теорию обратной связи:

Vx

Vo=A(VsetVx)

Vbe

Vx=VoVbe

Vo

Vo=A(Vset(VoVbe))=A(Vset+Vbe)AVo

или:

(A+1)Vo=A(Vset+Vbe)

Итак, переставив получим:

Vo=A(Vset+Vbe)A+1

AA+1

AA+11

Таким образом:

Vo=Vset+Vbe

Тем не менее, мы написали выше, что:

Vx=VoVbe

Vo

Vx=(Vset+Vbe)Vbe$or$Vx=Vset

Iset=VsetRset

Скотт Эндрюс
источник
0

Мой ответ, вероятно, больше, чем вы рассчитывали, но если вам интересно, вы оцените мои усилия.

V+VAvVo=Av(V+V)V+VVoнамного, намного меньше (это разность напряжений для всех намерений и целей приблизительно равна нулю вольт).

V+VV+=VsetV=VsetVRsetVsetRsetVsetRsetVset

IcollectorIbase>40IemitterIcollector

VsetZinVsetV+VsupplyIloadVsupplyRcollector

VsupplyVCERcollectorIloadVCE(on) 0.3VVsupplyIloadVsupplyIloadVsupplyVCERcollectorIloadVCEIloadVCEIloadRcollectorVsupplyRcollectorVCERcollectorIloadRcollectorIloadRcollectorVsupply

RcollectorRcollectorIloadVCEVsupplyVsetRcollector=0ohmVCEVCE(on)

VsupplyRcollector

Мэтт в Канаде
источник
8
Этот ответ улучшился бы, если бы вы разбили текст на абзацы.
Хловдал