MOSFET - circuito OPAMP

Estaba buscando una fuente de corriente controlada por voltaje, vea aquí , y me topé con este circuito con una descripción aquí :

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Ahora tengo dificultades para entender cómo funciona esto: hice un modelo del circuito en SPICE y estoy completamente confundido.ingrese la descripción de la imagen aquí

¡Cuando mido el voltaje de la puerta, aparece como 297 KV! - ¿Cómo diablos puede tener tanta ganancia? Obtengo la corriente a través de la resistencia de carga y detección, como se predijo. Pero cuando uso un modelo de amplificador operacional general con voltajes de suministro razonables (5V y Gnd) para el amplificador operacional. Obtengo corriente de salida en uA.

Yo me estoy perdiendo algo aqui. ¿Qué estoy haciendo mal?

También encontré esto con circuitos similares.ingrese la descripción de la imagen aquí

Supongo que lo que realmente estoy preguntando es cómo funcionan las cosas cuando se lanza MOSFET en la retroalimentación del amplificador operacional.

Editar:

Logré obtener la corriente de salida esperada con el nuevo circuito:

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Intente seleccionar un modelo MOSFET de canal N para M1 en el esquema LTSpice.
M1 ya es un MOSFET de canal N
¿Qué sucede si intenta construir y medir el circuito en lugar de la simulación? :)
Obtienes 297kV porque usas un opamp ideal. Si usa cualquier opamp práctico, la puerta se saturará a (casi) voltaje de suministro positivo.

Respuestas (3)

Hay algunas cosas:

Como menciona Dave, está configurando la corriente más alta de lo que puede proporcionar el suministro, por lo tanto, el voltaje en R1 nunca alcanzará los 3.7V. Por lo tanto, establezca el voltaje más bajo o aumente la resistencia establecida.

Un par de cosas más sobre SPICE:

  • Está utilizando el modelo opamp ideal básico, por lo que ignorará el voltaje de suministro y conducirá lo más alto que pueda (por ejemplo, 297 kV si eso es lo que se necesita para 3,7 V en la entrada inversora. Podría ser infinito si no puede alcanzar 3,7 V a cualquier voltaje, solo limitado por el rango FP en SPICE) Un mejor modelo es "Universal Opamp 2" (puede configurar varios parámetros como ganancia, ancho de banda, etc., con este), o puede usar uno de los muchos LT amplificadores operacionales Estos harían lo que sucedería en la vida real, simplemente golpean el riel de suministro.
  • Haga clic derecho en el MOSFET y seleccione un modelo real de la lista. De lo contrario, volverá a utilizar el modelo básico. A esto se refería @Abdullah.

EDITAR - aquí hay un circuito de ejemplo:

Circuito

Simulación con la entrada barrida de 0 a 5V:

Simulación

Según su recomendación y la de Dave, cambié el v1 a 15 V y usé el "Universal opamp 2" con suministros de +/- 15V. El conjunto y las resistencias de carga ahora son de 1 ohmio cada una. Probé voltajes de control de 2 V y 5 V... en cualquier caso, una corriente de 2 A y una corriente de 5 A deberían hacer que la caída en R1 (en LTSPICE) sea de 2 V y 5 V respectivamente, que es menos de 15/2 = 7,5 V. Y, sin embargo, la salida se satura a 15 V (rieles) y no obtengo la corriente esperada.
De acuerdo, espera un minuto, publicaré un ejemplo de circuito LTSpice.
Lo hice funcionar (creo) y edité mi publicación. Pero no estoy seguro si es una buena idea tener 1 Ohm tanto para carga como para Rset. Parece que se está desperdiciando mucha energía en Rset , que usaré como resistencia sensorial.
Acabo de verificar sin usar un modelo adecuado para el MOSFET y no simula correctamente (se satura), por lo que probablemente ese sea su problema. Si desea que se disipe menos energía en la resistencia Rset, redúzcala y ajuste el voltaje según sea necesario (por ejemplo, use 100 mOhm y 0 - 500 mV para 0 - 5 A, o menos). Por lo general, la resistencia de detección es tan baja como es razonablemente posible, ciertamente no querrá usar una resistencia de 1 ohmio con 5A en la vida real.
Por cierto, si mantiene presionada la tecla Alt y hace clic en un componente, puede trazar su disipación de energía.
oh wow, no sabía eso, es un buen truco para disipar energía.

El problema con su simulación es que ha limitado la corriente a través de la carga a 4,17 A (5 V / (1 Ω + 0,2 Ω)), pero le está pidiendo a la fuente de corriente que extraiga 18,5 A (3,7 V / 0,2 Ω). Dado que nunca tendrá éxito en esto, el simulador está elevando la puerta arbitrariamente en el intento.

Simplemente necesita elegir valores autoconsistentes para los componentes y fuentes en la simulación.

¡gracias! Cambié el V1 a 15, por lo tanto, limité la corriente y cambié la resistencia de carga y R1 en LTSPICE a 1 ohmios cada uno. Por lo tanto, el límite de corriente debe ser de 15 V/2 = 7,5 A. Estoy aplicando el voltaje de control de 2 V, por lo que la corriente consumida debe ser de 2 A (2 V/1 ohmios), que es inferior a 7,5 A. La salida sigue explotando.

R1, R2 y C1 pueden ignorarse para una primera comprensión del circuito. Mantienen estable el amplificador operacional al disminuir la ganancia de alta frecuencia, pero con componentes ideales no serían necesarios.

El voltaje en la entrada inversora es igual a la caída de voltaje sobre R3. Dado que la corriente de la compuerta Q1 es insignificante, y R3 y la carga están en serie y, por lo tanto, deben tener corrientes iguales, si podemos controlar la caída de voltaje sobre R3, controlamos la corriente en la carga.

Si la corriente es demasiado baja, la caída de voltaje sobre R3 será demasiado baja y la entrada inversora será menor que la entrada no inversora. El amplificador operacional elevará su voltaje de salida, aumentando el voltaje de puerta de Q1, permitiendo que llegue más corriente a la carga.

Si la corriente es demasiado alta, la caída de voltaje sobre R3 será demasiado alta y la entrada inversora será mayor que la entrada no inversora. El amplificador operacional disminuirá su voltaje de salida, lo que disminuirá el voltaje de puerta de Q1, lo que permitirá que llegue menos corriente a la carga.

Un amplificador om con retroalimentación negativa intenta igualar sus entradas a través de la ruta de retroalimentación.

Nota para OP: para ser claros, Phil está usando los designadores del circuito Protel. En el circuito LTSpice, R1 definitivamente no puede ser ignorado. Sería muy útil mantener los designadores consistentes entre sus dibujos.
Gracias, sí, me di cuenta de eso inmediatamente después de publicarlo. @Phil cuando dijiste "El voltaje en la entrada no inversora es igual a la caída de voltaje sobre R3". quisiste decir invertir (-) entrada, ¿verdad? porque la entrada no inversora (+) es el voltaje de control.
@EnderWiggins sí, eso es probablemente lo que quise escribir, aunque dado que ambas entradas son iguales siempre que el amplificador operacional esté en su rango operativo normal, cualquiera de las declaraciones es verdadera.
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