Wzmacniacze OP z wyjściem na N-kanałowym MOSFET

Muszę przeanalizować schemat i mam problem z tą częścią:

Chodzi o to, że nie rozumiem w ogóle użyteczności N-kanałowego MOSFET-a na wyjściu wzmacniacza operacyjnego. Czy ktoś mógłby wyjaśnić cel tego elementu?

Ponieważ myślę, że konwersja byłaby możliwa nawet bez tego tranzystora.

Obwód ten przekształca napięcie w prąd, jak widać w funkcji przesyłania.

Tranzystor nie ma znaczenia przy obliczaniu prądu wyjściowego, który zależy tylko od napięcia wejściowego i R1.

Z obwodu można dowiedzieć się, że:

Ale jeśli Opamp znajduje się w regionie o wysokim zysku, będziesz mieć także (najlepiej):

Dlatego możesz porównać odpowiedni termin obu równań i uzyskać:

Tranzystor służy do napędzania prądu wyjściowego w zależności od napięcia bramki. Pomyśl o tym w ten sposób: Opamp zrobi wszystko, co konieczne, aby jego wejście było równe, a to w ten sposób doprowadzi napięcie, aby R1 * Iout był równy Vin. Relacja między Iout i Vo (opamp) zostanie ustawiona przez tranzystor.

Tranzystor wykona prawdziwą konwersję VI, tworząc pętlę sprzężenia zwrotnego z wzmacniaczem operacyjnym.

Tranzystor jest sercem obwodu, jest zasadniczo kontrolowanym napięciem odbiornikiem prądu. Niestety, jest to urządzenie nieliniowe (charakterystyka napięcia do prądu nie jest linią prostą), więc opamp i rezystor są tam, aby ogólnie zlinearyzować funkcję obwodu.

Ponieważ myślę, że konwersja byłaby możliwa nawet bez tego tranzystora.

Opamp ustawi napięcie na podstawie wejść, a nie na prąd - jest to normalny opamp na podstawie wyglądu symbolu schematu, a nie operacyjny wzmacniacz nadprzewodnikowy (OTA), który ustawiłby prąd na podstawie wejść.

Ponadto ilość prądu, którą opamp może pochłonąć lub źródło jest na ogół bardzo mała, więc nawet OTA bez zewnętrznego „bufora”, takiego jak obwód MOSFET, miałby bardzo ograniczony zakres V-to-I.

Jeśli nadal nie ma to dla ciebie sensu, wyjaśnij, dlaczego uważasz, że konwersja zostanie wykonana bez tranzystora.

Pomyśl o obwodzie w ten sposób. Załóżmy, że twój sygnał Vin jest zerowy, wyjście opampa wynosi zero, a zatem sygnał na bramce MOSFET-u wynosi zero, MOSFET nie przewodzi, a następnie sygnał na wejściu odwracającym MOSFET-u wynosi zero .

Załóżmy, że sygnał Vin idzie do 1 V. Istnieje teraz różnica 1 V między wejściami wzmacniacza operacyjnego. Wyjście opampa zacznie się obracać w kierunku szyny dodatniej, ponieważ wejście nieodwracające jest wyższe niż wejście odwracające, a ponieważ MOSFET jest wyłączony, opamp ma otwartą pętlę z wyjątkowo wysokim wzmocnieniem. Ostatecznie napięcie wyjściowe opampa osiągnie próg MOSFET od bramki do źródła i zacznie przewodzić.

Jedna z kilku rzeczy może się teraz zdarzyć.

Jeśli połączenie off-page do drenu MOSFET trafi do źródła napięcia, MOSFET zacznie sterować przepływającym przez niego prądem w zależności od napięcia bramki. Prąd przepływający przez MOSFET powoduje spadek napięcia na R1. Napięcie na R1 jest sprzężeniem zwrotnym - nie jesteśmy już otwartą pętlą - ponieważ napięcie R1 jest podawane z powrotem na nieodwracający sygnał wejściowy. System osiągnie równowagę, gdy zostanie wygenerowane wystarczające napięcie wyjściowe opampa, aby kontrolować MOSFET, aby umożliwić przepływ wystarczającej ilości prądu przez R1, aby wytworzyć identyczny spadek napięcia do Vin, i utrzyma równowagę, dostosowując moc wyjściową opamp do Vin (lub dynamiki MOSFET opór) zmiany.

Jeśli połączenie poza stroną nie jest podłączone do źródła napięcia, przez R1 nie przepłynie żaden prąd, opamp pozostanie w otwartej pętli, a napięcie wyjściowe opamp osiągnie maksymalną możliwą dodatnią moc wyjściową. MOSFET będzie włączony, ale nic nie będzie robił.

Zaletą tego podejścia jest to, że mały, stosunkowo „słaby” opamp (pod względem możliwości napędu) może być używany do sterowania dziesiątkami, setkami, a nawet tysiącami amperów - to tylko kwestia wielkości MOSFET-a i obsługi mocy zdolność rezystora czujnikowego.

Jest to (jak wyjaśnia napis) przetwornica napięcia na prąd. Napięcie na górze R1 jest równe (prąd dren-źródło przez Q4) / 100. Opamp będzie działał w trybie „podążania za napięciem”, zwiększając swoją moc wyjściową, aż osiągnie równowagę z dwoma zaciskami wejściowymi równymi.

Tak więc efektem jest prąd zmienny umywalka . Jest to niezależne od napięcia, przy którym płynie ten prąd (od czegoś po prawej stronie tego schematu). Biorąc pod uwagę, że opampy są urządzeniami opartymi na napięciu, bardzo trudno jest uzyskać ten sam efekt tylko z siecią rezystorów na wyjściu.

Taki układ pozwala również na większy MOSFET i słabszy wzmacniacz niż próba zrobienia tego wszystko w jednym.

Analiza tej topologii, w tym kwestii stabilności, jest bardzo dobrze poruszona w tym artykule przez TI. Stabilność wzmacniacza operacyjnego Część 5 z 15

Przydałoby się przeczytać poprzednie części, aby w pełni zrozumieć. Ale są one również dostępne w Internecie.

EDYCJA: przepraszam, to jest BJT w moim dokumencie. Ale i tak jest to dobry dokument ...