Op-AMP básico como regulador de voltaje

¿Cómo es que mi amplificador operacional que va a la base de mi transistor también resulta ser mi Vout a través de la carga?

Casi pero no del todo. El Vout a través de la carga es el emisor de Q1, la base será aproximadamente 0.65V más alta. Puede dibujar un cuadro alrededor del amplificador operacional y Q1, y tratarlos como una sola unidad (tenga en cuenta que el colector de Q1 es la fuente de alimentación positiva, que no se muestra en el símbolo del amplificador operacional). El voltaje base es el que debe ser, para que el voltaje del emisor sea correcto; si fuera cualquier otro voltaje, entonces la red de retroalimentación R2/R3 haría que VFB fuera demasiado alto o demasiado bajo, y el amplificador operacional tendría que cambiar su producción. Efectivamente, el amplificador operacional más Q1 crea un súper amplificador operacional que tiene una característica de corriente de salida más alta, y la base Q1 es solo un nodo interno del que no tiene que preocuparse.

Si el transistor PNP Q1 no estuviera presente, si la salida del amplificador operacional estuviera impulsando directamente a R2, entonces la única diferencia en el rendimiento es que la corriente de salida estaría limitada por la capacidad del amplificador operacional. Si fuera un amplificador operacional ideal, no habría ningún problema, pero si fuera un amplificador operacional real ( como el viejo 741 crujiente ), entonces se debe consultar la hoja de datos para encontrar la corriente de salida máxima disponible. Pero como Q1 está presente, el circuito tiene mucha más corriente de salida disponible. Además, dado que la disipación de energía adicional ocurre en Q1 y no en el amplificador operacional, Q1 se puede montar en un gran disipador de calor grande mientras el amplificador operacional se enfría.

Si necesitara aún más corriente de salida, podría reemplazar Q1 con un par Darlington y el circuito funcionaría de la misma manera. El amplificador operacional ahora estaría impulsando la base con aproximadamente 1,3 V más alto que el emisor Q1, porque el par Darlington tiene dos caídas de Vbe en serie, pero mientras el amplificador operacional tenga suficiente rango dinámico, el circuito seguirá funcionando igual. .

Esta abstracción es en realidad una especie de magia alucinantemente útil, y es por eso que los circuitos de amplificadores operacionales se usan con tanta frecuencia.

El amplificador operacional no "sabe" si está impulsando o no la salida directamente, o si está impulsando un transistor PNP o algún otro arreglo. Todo lo que el amplificador operacional "sabe" es la diferencia de voltaje entre sus propias entradas (+) y (-). Entonces, suponiendo que la retroalimentación esté funcionando, R3 debe tener el mismo voltaje que D1, y dado que R2 y R3 forman un divisor de voltaje casi ideal, la parte superior de R2 está regulada. Q1 simplemente toma el relevo según las indicaciones del amplificador operacional.

La ruta de retroalimentación negativa de circuito cerrado del circuito hace que el voltaje VFB sea aproximadamente el mismo que el voltaje VREF. Si se intercambiaran las entradas (+) y (-) del amplificador operacional, entonces la ruta de retroalimentación de circuito cerrado sería divergente en lugar de convergente. La salida del amplificador operacional responde a la pequeña diferencia entre VFB y VREF, y aumenta o disminuye su salida VB hasta que la diferencia VREF-VFB es casi cero. Prácticamente no fluye corriente hacia la entrada (-) del amplificador operacional, por lo que toda la corriente que fluye en R3 también fluye en R2.

Por supuesto, existen límites de rendimiento: tanto las entradas como el voltaje de salida del amplificador operacional no pueden exceder los rieles de suministro de energía del amplificador operacional. Y la ganancia de bucle abierto cae a frecuencias más altas, por lo que el bucle no se cierra exactamente. Además, a los amplificadores operacionales no les gusta manejar grandes capacitancias, por lo que intentar manejar un MOSFET de gran potencia podría no funcionar siempre sin cierta resistencia en serie. Pero para fines de diseño o análisis, a menudo puede comenzar con la suposición de que la retroalimentación negativa de circuito cerrado del amplificador operacional funciona correctamente y dejar que los nodos internos hagan lo que sea necesario para obtener la salida correcta.