Jak faktycznie działa ten prąd stały?

Wdrożyłem stałe źródło prądu i działa ono wspaniale, ale miałem tylko nadzieję, że spróbuję to trochę zrozumieć! Oto obwód, o którym mowa:

Próbowałem przeprowadzić wyszukiwanie w sieci i bardzo trudno było znaleźć w tym obwodzie teoretyczne rzeczy, które wyjaśnią, co się właściwie dzieje ze wszystkim. Dowiedziałem się, że prąd przez tranzystor można znaleźć po prostu za pomocą zestawu R, który był o wiele więcej niż wiedziałem, zanim zacząłem szukać. Ale teraz chcę wiedzieć, co się właściwie dzieje i jak pozostaje stałym prądem wyjściowym, nawet przy zmiennym obciążeniu / napięciu przy obciążeniu.

Byłbym bardzo wdzięczny, gdyby ktokolwiek mógł rzucić nieco światła na to.

Układ wykorzystuje ujemne sprzężenie zwrotne i wykorzystuje bardzo wysokie wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego. Wzmacniacz operacyjny będzie próbował utrzymać swoje nieodwracające i odwracające wejścia na tym samym ustawionym napięciu powodu swojego bardzo wysokiego wzmocnienia. Następnie według prawa Ohma$V_{\text{set}}$

Ujemne sprzężenie zwrotne powoduje, że wzmacniacz operacyjny, aby dostosować napięcie bazy tranzystora tak, że jest stała nawet przy obciążeniu różny. Jeśli zmienne obciążenie powoduje chwilowe zwiększenie ustawienia I, wówczas napięcie na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego chwilowo wzrośnie powyżej wejścia nieodwracającego. Powoduje to, że wyjście wzmacniacza op maleć, co obniża tranzystora V B E i dlatego jej I C ≈ że zestaw .$I_{\text{set}}$$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C} \approx I_{\text{set}}$

Podobnie, jeśli zmienne obciążenie powoduje chwilowe zmniejszenie ustawienia wówczas napięcie na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego chwilowo spadnie poniżej wejścia nieodwracającego. To powoduje wzrost mocy wyjściowej wzmacniacza operacyjnego, co zwiększa V B E i I C tranzystora .$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C}$

Opamp działa jako bufor wzmocnienia jedności, choć może to nie być oczywiste:

Zasadą dla opamps jest to, że wyjście robi wszystko, co musi, aby utrzymać dwa wejścia na tym samym poziomie, pod warunkiem, że nie zacina się oczywiście (wpada na własne zasoby i tam się zatrzymuje).

Tranzystor służy jako nadajnik-popychacz, w którym napięcie emitera podąża za napięciem podstawowym minus spadek diody ze złącza PN.

Połącz te dwa elementy, a zobaczysz, że napięcie na górze Rset jest takie samo jak Vset. Znane napięcie na znanej rezystancji jest równe znanemu prądowi przez tę rezystancję. W większości tranzystorów wkład bazy w prąd emitera jest znikomy, więc uzyskuje się praktycznie taki sam prąd również przez obciążenie, niezależnie od jego napięcia zasilania lub rezystancji. Ale jeśli używasz go do poważnego projektu, nie zaszkodzi zweryfikować tej nieistotności w przypadku określonych części.

Lubię go wizualizować, biorąc pod uwagę tranzystor jako rezystor zmienny, który opamp dostosowuje automatycznie, aby utrzymać napięcie na wejściu opamp równe napięciu na jego wejściu +.

W ten sposób, ponieważ prąd w obwodzie szeregowym jest wszędzie taki sam, prąd w obciążeniu, złącze tranzystora CE i Rset muszą być takie same, a jeśli napięcie na szczycie Rset nigdy się nie zmienia, ponieważ opamp wymusza to na tym samym poziomie do Vset, wówczas jego prąd nigdy się nie zmienia, a prąd przez obciążenie również nie może.

Innym podejściem jest modelowanie wzmacniacza operacyjnego jako dużego skończonego wzmocnienia i limitów przejęcia.

$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$$K \to \infty$$I_\text{load} = { V_\text{set} \over R_\text{set} }$

Innym, prostym, ale dokładnym sposobem na sprawdzenie tego jest wykorzystanie teorii sprzężenia zwrotnego:

$V_x$

$V_{\text{be}}$

$V_o$

lub:

Tak więc, przegrupowując otrzymujemy:

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

A zatem:

Jednak napisaliśmy powyżej, że:

$V_o$

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

Moja odpowiedź jest prawdopodobnie większa niż się spodziewałeś, ale jeśli jesteś ciekawy, docenisz wysiłek, jaki włożyłem w to.

$V_{+} - V_{-}$$A_{v}$$V_{o} = A_{v} * ( V_{+} - V_{-} )$$V_{+}$$V_{-}$$V_{o}$jest znacznie, dużo mniejszy (ta różnica napięcia jest dla wszystkich celów i celów w przybliżeniu zero woltów).

$V_{+}$$V_{-}$$V_{+} = V_{set}$$V_{-} = V_{set}$$V_{-}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$

${ 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}$