Devo analizzare uno schema e ho problemi con questa parte:
Il fatto è che non ottengo affatto l'utilità del MOSFET a canale N all'uscita dell'amplificatore operazionale. Qualcuno potrebbe spiegare lo scopo di questo componente?
Perché penso che la conversione sarebbe fatta anche senza questo transistor.
Risposte:
Questo circuito converte una tensione in una corrente, come puoi vedere nella funzione di trasferimento.
Il transistor non è rilevante nel calcolo della corrente di uscita, che dipende solo dalla tensione di ingresso e da R1.
Dal circuito puoi scoprire che:
Ma se l'Opamp si trova nella regione ad alto guadagno, avrai anche quello (idealmente):
Pertanto è possibile confrontare il termine corretto di entrambe le equazioni e ottenere:
Il transistor è progettato per pilotare la corrente di uscita in base alla tensione di gate. Pensaci in questo modo: l'Opamp farà tutto il necessario per rendere uguale il suo ingresso, e questo fornirà semplicemente una tensione in modo che R1 * Iout sia uguale a Vin. La relazione tra Iout e Vo (opamp) verrà impostata dal transistor.
Quindi il transistor eseguirà la vera conversione VI, creando un loop di feedback con l'amplificatore operazionale.
Il transistor è il cuore del circuito, è fondamentalmente un dissipatore di corrente controllato in tensione. Sfortunatamente, è un dispositivo non lineare (la caratteristica tensione-corrente non è una linea retta), quindi l'opamp e la resistenza sono lì per linearizzare la funzione del circuito in generale.
Perché penso che la conversione sarebbe fatta anche senza questo transistor.
L'opamp imposterà una tensione basata sugli ingressi, non una corrente - è un normale opamp dall'aspetto del simbolo schematico, non un amplificatore di transconduttanza operativo (OTA) che imposterà una corrente basata sugli ingressi.
Inoltre, la quantità di corrente che un opamp può affondare o sorgente è generalmente molto piccola, quindi anche un OTA senza un 'buffer' esterno come il circuito MOSFET avrebbe un intervallo V-to-I estremamente limitato.
Se questo non ha ancora senso per te, ti preghiamo di spiegare perché pensi che la conversione sarebbe fatta senza un transistor.
Pensa al circuito in questo modo. Supponi che il tuo segnale Vin sia zero, l'uscita dell'opamp sia zero e per questo motivo, il segnale sul gate del MOSFET è zero, il MOSFET non sta conducendo e successivamente il segnale sull'ingresso invertente del MOSFET è zero .
Supponiamo che il segnale Vin vada a 1 V. Ora c'è una differenza di 1 V tra gli ingressi dell'amplificatore operazionale. L'uscita opamp inizierà a ruotare verso la rotaia positiva, poiché l'ingresso non invertente è maggiore dell'ingresso invertente e poiché il MOSFET è spento, l'opamp è a circuito aperto con guadagno estremamente elevato. Alla fine, la tensione di uscita opamp raggiungerà la soglia gate-to-source del MOSFET e inizierà a condurre.
Una delle poche cose potrebbe succedere ora.
Se la connessione off-page allo scarico del MOSFET va a una sorgente di tensione, il MOSFET inizierà a controllare la corrente che lo attraversa in funzione della tensione di gate. La corrente attraverso il MOSFET crea una caduta di tensione attraverso R1. La tensione attraverso R1 è il feedback - non siamo più ad anello aperto - poiché la tensione R1 viene ricondotta all'ingresso non invertente. Il sistema raggiungerà l'equilibrio quando viene generata una tensione di uscita di Opamp sufficiente per controllare il MOSFET per consentire a una corrente esattamente sufficiente di fluire attraverso R1 per creare una caduta di tensione identica a Vin, e manterrà l'equilibrio regolando l'uscita di Opamp come Vin (o la dinamica MOSFET resistenza) cambia.
Se la connessione off-page non è connessa a una sorgente di tensione, nessuna corrente fluirà attraverso R1, l'opamp rimarrà ad anello aperto e la tensione di uscita opamp raggiungerà la massima uscita positiva possibile. Il MOSFET sarà acceso, ma non farà nulla.
Il vantaggio di questo approccio è che un opamp piccolo, relativamente "debole" (in termini di capacità di azionamento) può essere utilizzato per controllare decine, centinaia, persino migliaia di ampere - è solo una questione di dimensioni del MOSFET e della gestione dell'alimentazione capacità del resistore di rilevamento.
È (come spiega la didascalia) un convertitore tensione-corrente. La tensione nella parte superiore di R1 è uguale a (corrente di drain della sorgente fino a Q4) / 100. L'opamp funzionerà in modalità "follower tensione", aumentando la sua uscita fino a raggiungere un equilibrio con i suoi due terminali di ingresso uguali.
Quindi l'effetto è un sink di corrente variabile . Questo è indipendente dalla tensione alla quale scorre quella corrente (da qualcosa fuori a destra di questo diagramma). Dato che gli opamp sono dispositivi basati sulla tensione, è abbastanza difficile ottenere lo stesso effetto solo con una rete di resistori sull'uscita.
Questa disposizione consente anche un MOSFET più grande e un amplificatore più debole rispetto al tentativo di farlo all-in-one.
L'analisi di questa topologia, compresi i problemi di stabilità, è trattata molto bene in questo documento da TI. Stabilità dell'amplificatore operativo Parte 5 di 15
Potrebbe essere utile leggere le parti precedenti per comprendere appieno. Ma sono disponibili anche sul web.
EDIT: mi dispiace è un BJT nel mio documento. Ma comunque, è un buon documento ...