运算放大器,在N沟道MOSFET上输出


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我需要分析原理图,而我在这一部分遇到了麻烦:

在此处输入图片说明

关键是我对运放的输出完全不了解N沟道MOSFET的效用。谁能解释这个组件的目的?

因为我认为,即使没有此晶体管也可以完成转换。

Answers:


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如在传递函数中所见,该电路将电压转换为电流。

晶体管与计算输出电流无关,后者仅取决于输入电压和R1。

从电路中可以发现:

V一世ñ-=V小号小号+一世ØüŤ[R1个

但是,如果运算放大器在高增益区域中,那么(理想情况下)您还将拥有:

V一世ñ-=V一世ñ+=V一世ñ

因此,您可以比较两个方程的正确项并获得:

V一世ñ=V小号小号+一世ØüŤ[R1个
一世ØüŤ=V一世ñ[R1个

该晶体管用于根据栅极电压驱动输出电流。这样考虑:运算放大器将做使其输入相等的一切,这将隐含地提供一个电压,以使R1 * Iout等于Vin。Iout和Vo(opamp)之间的关系将由晶体管设置。

因此,晶体管将执行真正的 VI转换,并通过运算放大器创建一个反馈环路。


它实际上已经很清楚了,但是假设您没有晶体管就做同样的事情。只是电压跟随器反馈中的运算放大器和电阻器。运算放大器将尝试使其输入相等,然后将设置通过R1的电流,因为Vin等于R1 * Iout。结果是一样的,不是吗?不知道我的问题是否很清楚
达米安

在这种情况下,@ damien将被迫具有Vout = Vin,而在这种情况下,Vout = Vin + Vds,并且Vds可以变化,因此在给定电流的情况下,您可以具有不同的输出电压。
clabacchio

我同意如果没有晶体管,则Vout = Vin,如果在这里,则Vout = Vin + Vds。但是我看不到该实用程序吗?在给定电流的情况下具有不同的输出电压是什么意思?抱歉,我只是想完全理解它:s
damien 2013年

@damien如果要驱动电流而不强制施加电压,则可以使用此电路。一个示例可能是驱动LED:您想以10 mA的电流驱动它,尽管您不知道确切会在哪个电压下吸收该电流。
clabacchio

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晶体管电路的心脏,从根本上讲是一个电压控制电流吸收器。不幸的是,它是一个非线性器件(电压到电流的特性不是直线),因此运算放大器和电阻器可以使整个电路的功能线性化。


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因为我认为,即使没有此晶体管也可以完成转换。

运算放大器将根据输入来设置电压,而不是电流-从原理图符号的外观来看,这是正常的运算放大器,而不是会根据输入来设置电流的运算跨导放大器(OTA)。

而且,运算放大器可以吸收或吸收的电流量通常很小,因此,即使没有像MOSFET电路这样的外部“缓冲器”的OTA也将具有非常有限的V至I范围。

如果这对您仍然没有意义,请解释为什么您认为无需晶体管即可完成转换。

以这种方式思考电路。假设您的Vin信号为零,运算放大器的输出为零,因此,MOSFET栅极上的信号为零,MOSFET不导通,随后MOSFET反相输入上的信号为零。

假设Vin信号变为1V。现在,运算放大器输入之间存在1V的差异。运算放大器的输出将开始向正轨摆动,因为同相输入高于反相输入,并且由于MOSFET关断,因此运算放大器是开环的,具有极高的增益。最终,运算放大器的输出电压将达到MOSFET的栅极至源极阈值,并开始导通。

现在可能发生的事情之一。

如果到MOSFET漏极的页面外连接进入电压源,则MOSFET将根据栅极电压开始控制流过它的电流。流经MOSFET的电流在R1两端产生电压降。R1两端的电压是反馈信号-我们不再开环-因为R1电压被反馈到同相输入。当产生足够的运算放大器输出电压以控制MOSFET时,系统将达到平衡,以允许恰好足够的电流流过R1以产生与Vin相同的电压降,并通过将运算放大器的输出调整为Vin(或MOSFET动态)来维持平衡。阻力)变化。

如果页外连接未连接到电压源,则不会有电流流过R1,运算放大器将保持开环状态,并且运算放大器的输出电压将达到其最大可能的正输出。MOSFET将打开,但无任何作用。

这种方法的优势在于,可以使用较小的相对“弱”的运算放大器(就驱动能力而言)来控制数十,数百甚至数千安培-这仅取决于MOSFET的尺寸和功率处理能力检测电阻的能力。


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它(如标题所述)是电压-电流转换器。R1顶部的电压等于(通过Q4的源漏电流)/ 100。运算放大器将在“电压跟随器”模式下运行,增加其输出,直到其两个输入端子相等时达到平衡。

因此,结果是一个可变的电流吸收器。这与电流流过的电压无关(从右图的右端)。鉴于运算放大器是基于电压的器件,仅通过输出电阻网络很难获得相同的效果。

这种配置还允许采用更大的MOSFET和较弱的放大器,而不是尝试全部集成。


对不起,关于MOSFET,我没明白你的意思吗?Vinwich会通过R1设置电流吗?
达米安

Vin是间接设置的,但是从基尔霍夫定律分析的角度来看,流经R1的电流取决于MOSFET和右侧未显示的电流源。
pjc50 2013年

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TI在本文中对包含稳定性问题的这种拓扑进行了很好的分析。 运算放大器稳定性第15部分(共5部分)

仔细阅读前面的部分可能会很有用。但是它们也可以在网上获得。

编辑:对不起,这是我文档中的BJT。但是无论如何,这是一个很好的文件...

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