Jak faktycznie działa ten prąd stały?

10

Wdrożyłem stałe źródło prądu i działa ono wspaniale, ale miałem tylko nadzieję, że spróbuję to trochę zrozumieć! Oto obwód, o którym mowa:

Próbowałem przeprowadzić wyszukiwanie w sieci i bardzo trudno było znaleźć w tym obwodzie teoretyczne rzeczy, które wyjaśnią, co się właściwie dzieje ze wszystkim. Dowiedziałem się, że prąd przez tranzystor można znaleźć po prostu za pomocą który był o wiele więcej niż wiedziałem, zanim zacząłem szukać. Ale teraz chcę wiedzieć, co się właściwie dzieje i jak pozostaje stałym prądem wyjściowym, nawet przy zmiennym obciążeniu / napięciu przy obciążeniu.

I_{E} = \frac{V_{set}}{R_{set}}

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

Byłbym bardzo wdzięczny, gdyby ktokolwiek mógł rzucić nieco światła na to.

— MrPhooky
źródło

Najpierw spróbuj po prostu usunąć tranzystor i podłączyć obciążenie bezpośrednio do opampa. Przeanalizuj to za pomocą standardowych reguł opamp. Tranzystor jest dodawany jako wzmacniacz, aby umożliwić większy prąd. (W tym obwodzie występuje błąd beta i jeśli chcesz precyzyjnej kontroli, zamiast BJT często stosuje się FET.)

— George Herold

15

Układ wykorzystuje ujemne sprzężenie zwrotne i wykorzystuje bardzo wysokie wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego. Wzmacniacz operacyjny będzie próbował utrzymać swoje nieodwracające i odwracające wejścia na tym samym napięciu powodu swojego bardzo wysokiego wzmocnienia. Następnie według prawa Ohma $V_{\text{set}}$

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

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

Ujemne sprzężenie zwrotne powoduje, że wzmacniacz operacyjny, aby dostosować napięcie bazy tranzystora tak, że jest stała nawet przy obciążeniu różny. Jeśli zmienne obciążenie powoduje chwilowe zwiększenie wówczas napięcie na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego chwilowo wzrośnie powyżej wejścia nieodwracającego. Powoduje to, że wyjście wzmacniacza op maleć, co obniża tranzystora i dlatego jej . $I_{\text{set}}$ $I_{\text{set}}$ $V_{BE}$ $I_{C} \approx I_{\text{set}}$

Podobnie, jeśli zmienne obciążenie powoduje chwilowe zmniejszenie wówczas napięcie na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego chwilowo spadnie poniżej wejścia nieodwracającego. To powoduje wzrost mocy wyjściowej wzmacniacza operacyjnego, co zwiększa i tranzystora . $I_{\text{set}}$ $V_{BE}$ $I_{C}$

— Zero
źródło

7

Opamp działa jako bufor wzmocnienia jedności, choć może to nie być oczywiste:

Zasadą dla opamps jest to, że wyjście robi wszystko, co musi, aby utrzymać dwa wejścia na tym samym poziomie, pod warunkiem, że nie zacina się oczywiście (wpada na własne zasoby i tam się zatrzymuje).

Tranzystor służy jako nadajnik-popychacz, w którym napięcie emitera podąża za napięciem podstawowym minus spadek diody ze złącza PN.

Połącz te dwa elementy, a zobaczysz, że napięcie na górze Rset jest takie samo jak Vset. Znane napięcie na znanej rezystancji jest równe znanemu prądowi przez tę rezystancję. W większości tranzystorów wkład bazy w prąd emitera jest znikomy, więc uzyskuje się praktycznie taki sam prąd również przez obciążenie, niezależnie od jego napięcia zasilania lub rezystancji. Ale jeśli używasz go do poważnego projektu, nie zaszkodzi zweryfikować tej nieistotności w przypadku określonych części.

— AaronD
źródło

To nie jest tak naprawdę bufor wzmocnienia jedności. Zastanów się: ponieważ napięcie na wyjściu opampa musi być wyższe niż napięcie na wejściach opampa, aby doprowadzić podstawę tranzystora do spadku Vbe wyższego niż napięcie na wejściach opampa, musi mieć wzmocnienie większe niż jeden, tak?

— EM Fields

@EMFields: Ma stałe przesunięcie, ale nadal wzrost napięcia o jeden. Wewnętrznie opamp ma ogromny zysk, ale służy to jedynie zminimalizowaniu błędu między referencją a sprzężeniem zwrotnym. Obwód jako całość ma wzmocnienie jedności plus przesunięcie u podstawy tranzystora.

— AaronD

A v = \frac{V o u t}{V i n} = \frac{6.7 V}{6 V} = 1.117

$Av =\frac{Vout}{Vin} = \frac {6.7V}{6V} = \text{ 1.117}$

@EMFields: Zysk jest obliczeniem 2-punktowym. Jeśli założysz Vout = Vin = 0 V dla drugiego punktu, to masz rację. Ale go tu nie ma. Ponownie uruchom matematykę z {Vout, Vin} = {0,7, 0,0} V dla jednego punktu i {Vout, Vin} = {6,7, 6,0} V dla drugiego.

— AaronD,

Kompletny nonsens. Zysk jest wprawdzie obliczeniem dwupunktowym, ale te dwa punkty to po prostu wynik (dywidenda) i wkład (dzielnik), przy czym zysk jest ilorazem wynikowym. Dla bufora wzmocnienia jedności iloraz wynosi zawsze 1, co w twoim przypadku nie jest prawdą, ponieważ wstawiłeś złącze baza-emiter na ścieżce sprzężenia zwrotnego, powodując wzrost wyjściowego napięcia do wyższego niż napięcie wejściowe, powodując, że iloraz jest większy niż 1. Dolna linia? To, co nazywacie buforem wzmocnienia jedności, nie jest. Potrzebujesz więcej dowodów? wpisz „bufor wzmocnienia jednostki” w przeglądarce i zobacz, co się pojawi.

— EM Fields,

3

Lubię go wizualizować, biorąc pod uwagę tranzystor jako rezystor zmienny, który opamp dostosowuje automatycznie, aby utrzymać napięcie na wejściu opamp równe napięciu na jego wejściu +.

W ten sposób, ponieważ prąd w obwodzie szeregowym jest wszędzie taki sam, prąd w obciążeniu, złącze tranzystora CE i Rset muszą być takie same, a jeśli napięcie na szczycie Rset nigdy się nie zmienia, ponieważ opamp wymusza to na tym samym poziomie do Vset, wówczas jego prąd nigdy się nie zmienia, a prąd przez obciążenie również nie może.

— Pola EM
źródło

2

Innym podejściem jest modelowanie wzmacniacza operacyjnego jako dużego skończonego wzmocnienia i limitów przejęcia.

$K(v_\text{set}-I_\text{load} R_\text{set})$ $K(V_\text{set}-I_\text{load} R_\text{set}) = I_\text{load} R_\text{set} + 0.7$ $K$ $K \to \infty$ $I_\text{load} = { V_\text{set} \over R_\text{set} }$

— copper.hat
źródło

1

Innym, prostym, ale dokładnym sposobem na sprawdzenie tego jest wykorzystanie teorii sprzężenia zwrotnego:

$V_x$

V_{o} = A \cdot (V_{set} - V_{x})

$V_o = A \cdot (V_{\text{set}}-V_x)$

$V_{\text{be}}$

V_{x} = V_{o} - V_{be}

$V_x = V_o - V_{\text{be}}$

$V_o$

V_{o} = A \cdot (V_{set} - (V_{o} - V_{be})) = A \cdot (V_{set} + V_{be}) - A \cdot V_{o}

$V_o = A \cdot (V_{\text{set}} - (V_o - V_{\text{be}})) = A \cdot (V_{\text{set}} + V_{\text{be}}) - A \cdot V_o$

lub:

(A + 1) \cdot V_{o} = A \cdot (V_{set} + V_{be})

$(A + 1) \cdot V_o = A \cdot (V_{\text{set}} + V_{\text{be}})$

Tak więc, przegrupowując otrzymujemy:

V_{o} = \frac{A \cdot (V_{set} + V_{be})}{A + 1}

$V_o = \frac{A \cdot (V_{\text{set}} + V_{\text{be}})}{A+1}$

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

\frac{A}{A + 1} \to 1

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

A zatem:

V_{o} = V_{set} + V_{be}

$V_o=V_{\text{set}}+V_{\text{be}}$

Jednak napisaliśmy powyżej, że:

V_{x} = V_{o} - V_{be}

$V_x=V_o-V_{\text{be}}$

$V_o$

V_{x} = (V_{set} + V_{b e}) - V_{be} $ o r $ V_{x} = V_{set}

$V_x=(V_{\text{set}}+V_{be})-V_{\text{be}}\$ or \$V_x=V_{\text{set}}$

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

— Scott Andrews
źródło

0

Moja odpowiedź jest prawdopodobnie większa niż się spodziewałeś, ale jeśli jesteś ciekawy, docenisz wysiłek, jaki włożyłem w to.

$V_{+} - V_{-}$ $A_{v}$ $V_{o} = A_{v} * ( V_{+} - V_{-} )$ $V_{+}$ $V_{-}$ $V_{o}$ jest znacznie, dużo mniejszy (ta różnica napięcia jest dla wszystkich celów i celów w przybliżeniu zero woltów).

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

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

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

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

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

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

— Matt w Kanadzie
źródło

8

Ta odpowiedź poprawiłaby się, jeśli podzielisz tekst na akapity.

— hlovdal