Amplificadores OP con salida en MOSFET de canal N

Este circuito convierte un voltaje en una corriente, como puedes ver en la función de transferencia.

El transistor no es relevante para calcular la corriente de salida, que solo depende del voltaje de entrada y R1.

Del circuito puedes encontrar que:

Pero si el Opamp está en la región de alta ganancia, también tendrás eso (idealmente):

Por lo tanto puedes comparar el término correcto de ambas ecuaciones y obtener:

El transistor está destinado a impulsar la corriente de salida según el voltaje de la puerta. Piénselo de esta manera: el Opamp hará lo necesario para que su entrada sea igual, y esto implicará suministrar un voltaje para que R1 * Iout sea igual a Vin. La relación entre Iout y Vo(opamp) la establecerá el transistor.

Entonces, el transistor realizará la conversión VI real , creando un circuito de retroalimentación con el amplificador operacional.

El transistor es el corazón del circuito, es fundamentalmente un sumidero de corriente controlado por voltaje. Desafortunadamente, es un dispositivo no lineal (la característica de voltaje a corriente no es una línea recta), por lo que el amplificador operacional y la resistencia están ahí para linealizar la función del circuito en general.

Porque creo que la conversión se haría incluso sin este transistor.

El opamp establecerá un voltaje basado en las entradas, no una corriente; es un opamp normal por el aspecto del símbolo esquemático, no un amplificador de transconductancia operacional (OTA) que establecería una corriente basada en las entradas.

Además, la cantidad de corriente que un amplificador operacional puede absorber o generar es generalmente muy pequeña, por lo que incluso una OTA sin un "búfer" externo como el circuito MOSFET tendría un rango V a I extremadamente limitado.

Si esto todavía no tiene sentido para usted, explique por qué cree que la conversión se haría sin un transistor.

Piense en el circuito de esta manera. Suponga que su señal Vin es cero, la salida del opamp es cero y debido a esto, la señal en la puerta del MOSFET es cero, el MOSFET no conduce y, posteriormente, la señal en la entrada inversora del MOSFET es cero .

Suponga que la señal Vin va a 1V. Ahora hay una diferencia de 1V entre las entradas del amplificador operacional. La salida del opamp comenzará a girar hacia el riel positivo, ya que la entrada no inversora es más alta que la entrada inversora, y dado que el MOSFET está apagado, el opamp está en bucle abierto con una ganancia extremadamente alta. Eventualmente, el voltaje de salida del opamp alcanzará el umbral de puerta a fuente del MOSFET y comenzará a conducir.

Una de las pocas cosas podría suceder ahora.

Si la conexión fuera de página al drenaje del MOSFET va a una fuente de voltaje, el MOSFET comenzará a controlar la corriente que fluye a través de él en función del voltaje de la puerta. La corriente a través del MOSFET crea una caída de voltaje en R1. El voltaje a través de R1 es la retroalimentación, ya no estamos en bucle abierto, ya que el voltaje R1 se retroalimenta a la entrada no inversora. El sistema alcanzará el equilibrio cuando se genere suficiente voltaje de salida opamp para controlar el MOSFET para permitir que fluya exactamente suficiente corriente a través de R1 para crear una caída de voltaje idéntica a Vin, y mantendrá el equilibrio ajustando la salida opamp como Vin (o el MOSFET dinámico). resistencia) cambia.

Si la conexión fuera de la página no está conectada a una fuente de voltaje, no fluirá corriente a través de R1, el amplificador operacional permanecerá en bucle abierto y el voltaje de salida del amplificador operacional alcanzará su máxima salida positiva posible. El MOSFET estará encendido, pero sin hacer nada.

La ventaja de este enfoque es que se puede usar un amplificador operacional pequeño y relativamente "débil" (en términos de capacidad de accionamiento) para controlar decenas, cientos e incluso miles de amperios; es solo una cuestión del tamaño del MOSFET y el manejo de potencia. capacidad de la resistencia de detección.

Es (como explica el pie de foto) un convertidor de voltaje a corriente. El voltaje en la parte superior de R1 es igual a (corriente de fuente-drenaje a través de Q4)/100. El opamp operará en modo "seguidor de voltaje", aumentando su salida hasta que alcance un equilibrio con sus dos terminales de entrada iguales.

Así que el efecto es un sumidero de corriente variable . Esto es independiente del voltaje al que fluye esa corriente (de algo a la derecha de este diagrama). Dado que los amplificadores operacionales son dispositivos basados ​​en voltaje, es bastante difícil obtener el mismo efecto solo con una red de resistencias en la salida.

Esta disposición también permite un MOSFET más grande y un amplificador más débil que intentar hacerlo todo en uno.

TI aborda muy bien el análisis de esta topología, incluidas las cuestiones de estabilidad, en este documento. Estabilidad del amplificador operacional Parte 5 de 15

Puede ser útil leer las partes anteriores para comprender completamente. Pero también están disponibles en la web.

EDITAR: lo siento, es un BJT en mi documento. Pero de todos modos, es un buen documento...