Come funziona effettivamente questo sink di corrente costante?

Ho implementato una fonte di corrente costante e funziona meravigliosamente, ma speravo solo di provare a capirlo un po 'di più! Ecco il circuito in questione:

ho provato a fare qualche ricerca sul web e ho trovato abbastanza difficile trovare qualsiasi cosa teorica su questo circuito che spieghi cosa sta realmente succedendo con tutto. Ho scoperto che la corrente attraverso il transistor può essere trovata semplicemente usando che era molto più di quello che sapevo prima di iniziare a cercare. Ma ora voglio sapere cosa sta realmente succedendo e come rimane un'uscita di corrente costante anche con un carico / tensione variabile al carico.

Se qualcuno fosse in grado di far luce su questo, sarei molto grato.

Il circuito utilizza un feedback negativo e utilizza l'altissimo guadagno dell'amplificatore operazionale. L'amplificatore operazionale cercherà di mantenere i suoi ingressi non invertenti e invertenti alla stessa tensione causa del suo guadagno molto elevato. Quindi secondo la legge di Ohm$V_{\text{set}}$

Il feedback negativo fa sì che l'amplificatore operazionale regoli la tensione di base del transistor in modo che costante anche con un carico variabile. Se il carico variabile provoca un aumento temporaneo di I set, la tensione all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale aumenterà temporaneamente al di sopra dell'ingresso non invertente. Questo fa diminuire l'uscita dell'amplificatore operazionale, il che abbassa il V B E del transistor e quindi il suo I C ≈ I impostato .$I_{\text{set}}$$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C} \approx I_{\text{set}}$

Allo stesso modo, se il carico variabile provoca una riduzione temporanea in la tensione all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale scenderà temporaneamente al di sotto dell'ingresso non invertente. Ciò provoca un aumento dell'uscita dell'amplificatore operazionale, che aumenta i V B E e I C del transistor .$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C}$

L'opamp agisce come un buffer di guadagno unitario, anche se potrebbe non essere ovvio:

La regola per opamps è che l'uscita fa tutto ciò che deve per mantenere uguali i due ingressi, a condizione che non si tagli naturalmente (corri nella sua propria alimentazione e si fermi lì).

Il transistor viene utilizzato come un seguace dell'emettitore, in cui la tensione dell'emettitore segue la tensione di base meno una caduta di diodo dalla sua giunzione PN.

Metti insieme questi due e vedrai che la tensione nella parte superiore di Rset è la stessa di Vset. La tensione nota attraverso una resistenza nota è uguale alla corrente nota attraverso quella resistenza. Nella maggior parte dei transistor, il contributo della base alla corrente dell'emettitore è trascurabile, quindi si ottiene praticamente la stessa corrente anche attraverso il carico, indipendentemente dalla tensione di alimentazione o dalla resistenza. Ma se lo stai usando per un design serio, non sarebbe male verificare questa trascurabilità con le tue parti specifiche.

Il modo in cui mi piace visualizzarlo è considerare il transistor come un resistore variabile che l'opamp regola automaticamente al fine di mantenere la tensione all'ingresso dell'opamp uguale alla tensione sul suo ingresso +.

In questo modo, poiché la corrente in un circuito in serie è ovunque la stessa, la corrente nel carico, la giunzione CE del transistor e Rset devono essere uguali e, se la tensione nella parte superiore di Rset non cambia mai perché l'opamp la forza uguale su Vset, quindi la sua corrente non cambia mai e nemmeno la corrente attraverso il carico.

Un altro approccio è quello di modellare l'amplificatore operazionale come un grande guadagno finito e i limiti di presa.

Questo dà l'uscita op amp come da cui abbiamo K ( V set - I carico R set ) = I carico R set + 0,7 . Dividendo attraverso per $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$ e lasciando dà il risultato desiderato, I load = V $K \to \infty$ .$I_\text{load} = { V_\text{set} \over R_\text{set} }$

Un altro modo semplice ma accurato per vederlo è usare la teoria del feedback:

$V_x$

Ora sappiamo che quando il transistor è acceso, c'è una tensione costante attraverso la giunzione emettitore di base, $V_{\text{be}}$

Sostituendo questo nel $V_o$

o:

Quindi, riordinando otteniamo:

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

Così:

Tuttavia, abbiamo scritto sopra che:

$V_o$

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

La mia risposta è probabilmente più di quanto ti aspettassi, ma se sei curioso, apprezzerai lo sforzo che ci ho messo.

$V_{+} - V_{-}$$A_{v}$$V_{o} = A_{v} * ( V_{+} - V_{-} )$$V_{+}$$V_{-}$$V_{o}$è molto, molto più piccolo (questa differenza di tensione è a tutti gli effetti circa zero volt).

$V_{+}$$V_{-}$$V_{+} = V_{set}$$V_{-} = V_{set}$$V_{-}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$ al suo emettitore.

${ 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}$