Amplificadores de operação (OP) com saída no MOSFET de canal N

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Preciso analisar um esquema e estou tendo problemas com esta parte:

insira a descrição da imagem aqui

O problema é que não recebo a utilidade do MOSFET de canal N na saída do amplificador operacional. Alguém poderia explicar o objetivo deste componente?

Porque eu acho que a conversão seria feita mesmo sem esse transistor.

operational-amplifier mosfet damien
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Este circuito converte uma tensão em uma corrente, como você pode ver na função de transferência.

O transistor não é relevante no cálculo da corrente de saída, que depende apenas da tensão de entrada e R1.

Do circuito, você pode encontrar o seguinte:

V_{Eu n -} = V_{S S} + {Eu}_{O você T} \cdot R_{1 1}

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

Mas se o Opamp estiver na região de alto ganho, você também terá (idealmente):

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

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

Portanto, você pode comparar o termo certo de ambas as equações e obter:

V Eu n = V_{S S} + {Eu}_{O você T} \cdot R_{1 1}

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

{Eu}_{O você T} = \frac{V Eu n}{R_{1 1}}

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

O transistor destina-se a acionar a corrente de saída dependendo da tensão do portão. Pense da seguinte maneira: o Opamp fará o necessário para tornar sua entrada igual e isso fornecerá uma tensão simplesmente para que R1 * Iout seja igual a Vin. A relação entre Iout e Vo (opamp) será definida pelo transistor.

Portanto, o transistor executará a conversão VI real , criando um loop de feedback com o amplificador operacional.

clabacchio
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na verdade, começa a ficar claro, mas digamos que você faça a mesma coisa sem o transistor. Apenas o amplificador operacional no feedback do seguidor de tensão e o resistor. O amplificador operacional tentaria igualar sua entrada e, em seguida, definiria a corrente através de R1, já que Vin seria igual a R1 * Iout. E o resultado seria o mesmo não? Não sei se a minha pergunta é clara

Damien

@damien nesse caso, você seria forçado a ter Vout = Vin, enquanto neste caso Vout = Vin + Vds, e esse Vds pode variar para que você possa ter tensões de saída diferentes, dada a corrente.

clabacchio

Concordo que Vout = Vin, se não houver o transistor, e Vout = Vin + Vds, se estiver aqui. Mas eu não vejo o utilitário? O que você quer dizer com tensões de saída diferentes, dada a corrente? Desculpe, eu só quero entendê-lo completamente: s

damien 27/03

@damien você usa este circuito se quiser acionar uma corrente sem forçar a tensão. Um exemplo pode ser o acionamento de um LED: você deseja acioná-lo com 10 mA, embora não saiba exatamente a que voltagem ele absorverá essa corrente.

clabacchio

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O transistor é o coração do circuito, é fundamentalmente um coletor de corrente controlado por tensão. Infelizmente, é um dispositivo não linear (a característica de tensão para corrente não é uma linha reta); portanto, o opamp e o resistor existem para linearizar a função geral do circuito.

Dave Tweed
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Porque eu acho que a conversão seria feita mesmo sem esse transistor.

O opamp definirá uma tensão com base nas entradas, não na corrente - é um opamp normal pela aparência do símbolo esquemático, não por um amplificador operacional de transcondutância (OTA) que definiria uma corrente com base nas entradas.

Além disso, a quantidade de corrente que um opamp pode afundar ou fonte geralmente é muito pequena, portanto, mesmo um OTA sem um 'buffer' externo como o circuito MOSFET teria um alcance V-I extremamente limitado.

Se isso ainda não faz sentido para você, explique por que você acha que a conversão seria feita sem um transistor.

Pense no circuito dessa maneira. Suponha que o seu sinal Vin seja zero, a saída do opamp seja zero e, por isso, o sinal no portão do MOSFET é zero, o MOSFET não está conduzindo e, posteriormente, o sinal na entrada inversora do MOSFET é zero .

Suponha que o sinal Vin vá para 1V. Agora existe uma diferença de 1V entre as entradas do amplificador operacional. A saída do opamp começará a girar em direção ao trilho positivo, pois a entrada não inversora é maior que a entrada inversora e, como o MOSFET está desligado, o opamp é de circuito aberto com ganho extremamente alto. Eventualmente, a tensão de saída do opamp atingirá o limite de porta à fonte do MOSFET e começará a ser conduzida.

Uma das poucas coisas pode acontecer agora.

Se a conexão fora da página ao dreno do MOSFET for para uma fonte de tensão, o MOSFET começará a controlar a corrente que flui através dele como uma função da tensão do portão. A corrente através do MOSFET cria uma queda de tensão no R1. A tensão através de R1 é o feedback - não somos mais circuito aberto - já que a tensão R1 é devolvida à entrada não inversora. O sistema alcançará o equilíbrio quando for gerada tensão de saída de opamp suficiente para controlar o MOSFET para permitir que a corrente flua através de R1 para criar uma queda de tensão idêntica a Vin e manterá o equilíbrio ajustando a saída de opamp como Vin (ou a dinâmica do MOSFET resistência) muda.

Se a conexão fora da página não estiver conectada a uma fonte de tensão, nenhuma corrente fluirá através de R1, o opamp permanecerá em loop aberto e a tensão de saída do opamp será conectada à sua máxima saída positiva possível. O MOSFET estará ativado, mas não fará nada.

A vantagem dessa abordagem é que um opamp pequeno e relativamente 'fraco' (em termos de capacidade do inversor) pode ser usado para controlar dezenas, centenas e até milhares de amperes - é apenas uma questão de tamanho do MOSFET e do manuseio de energia capacidade do resistor sensor.

Adam Lawrence
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É (como a legenda explica) um conversor de tensão em corrente. A tensão na parte superior de R1 é igual a (corrente de drenagem da fonte até Q4) / 100. O opamp operará no modo "seguidor de tensão", aumentando sua saída até atingir um equilíbrio com seus dois terminais de entrada iguais.

Portanto, o efeito é um coletor de corrente variável . Isso é independente da tensão na qual essa corrente está fluindo (de algo à direita deste diagrama). Dado que os opamps são dispositivos baseados em voltagem, é muito difícil obter o mesmo efeito apenas com uma rede de resistores na saída.

Esse arranjo também permite um MOSFET maior e um amplificador mais fraco do que tentar fazer tudo em um.

pjc50
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Sinto muito, mas não entendi o que você quis dizer, falando sobre o MOSFET? Não é Vin que definirá a corrente através do R1?

damien

Vin a define indiretamente , mas a corrente através de R1, do ponto de vista da análise da Lei de Kirchoff, depende do MOSFET e da fonte de corrente não mostrada à direita.

Pjc50

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A análise dessa topologia, incluindo questões de estabilidade, é muito bem abordada neste documento pela TI. Estabilidade operacional do amplificador, parte 5 de 15

Pode ser útil ler as partes anteriores para entender completamente. Mas eles também estão disponíveis na web.

EDIT: desculpe, é um BJT no meu documento. Mas enfim, é um bom documento ...

Blup1980
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Amplificadores de operação (OP) com saída no MOSFET de canal N

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