¿Son opamps como un regulador de voltaje eficiente?

La eficiencia inherente será la misma que la de cualquier otro regulador lineal, de dar o recibir, dependiendo de la corriente inactiva del amplificador operacional (podría ser uA a mA para el op-amp que se encuentra allí sin carga).

\ $ P_D = (V_ {in} - V_ {out}) \ cdot I_ {load} + I_q \ cdot V_ {in} \ $

100mA requerirá un amplificador operacional costoso o una etapa de refuerzo en la salida.

Hay otro problema: los reguladores lineales están diseñados y especificados para cargas capacitivas, como los capacitores de derivación en lo que sea que se va a conectar al riel de 3.3V. Si conecta un amplificador operacional como se muestra en su esquema a una carga de este tipo, es probable que oscile y / o se sobrepase. Eso podría dañar su carga, e incluso si los condensadores de bypass eliminan la oscilación aparente, aumentará considerablemente el consumo de energía de su circuito. Sugiero que, a menos que tenga requisitos muy especiales, debe usar reguladores de voltaje para regular el voltaje y los amplificadores operacionales para manipular las señales. No es que no se pueda compensar un circuito de este tipo con componentes adicionales, por lo que sería estable, es solo que no veo el punto.

Por lo general, Opamps no puede suministrar 100 mA. Sin embargo, aún se pueden usar para controlar un voltaje de alimentación si agrega algo de ganancia de corriente a su salida. Si realmente desea un control óptico para controlar una tensión de alimentación que puede suministrar 100s de mA, aquí tiene una forma simple:

El opamp sigue controlando y sigue proporcionando ganancia de voltaje de Vin a Vout. Sin embargo, Q1 proporciona la mayor parte de la corriente Vout. R2 y R3 son la retroalimentación de voltaje y la ganancia general es el recíproco de su relación de atenuación. En este ejemplo, R2 y R3 son iguales, por lo que la ganancia de voltaje de Vin a Vout es 2.

Podría pensar que todo lo que necesita es el transistor y R2 y R3, pero eso podría ser inestable. Para hacer que el opamp sea estable, coloque un pequeño límite directamente entre su salida y la entrada de inversión. Pero también debe dejar que la salida opamp no se cargue directamente con la carga final, especialmente si esa carga es capacitiva. R1 desacopla la salida de opamp de la carga de tal manera que el opamp debería poder alcanzar cualquier voltaje de salida que desee. Sin eso, la respuesta de estabilidad proporcionada por C1 no funcionará bien y la cosa puede oscilar de todos modos.

El mejor valor de C1 es difícil de predecir, así que comienza con algo vagamente plausible, como muestro, y luego experimenta. Hacerla más baja invitará a la inestabilidad y dará como resultado oscilaciones. Hacerlo más alto amortiguará la respuesta a las cargas transitorias. Pruebe conectando la carga no resistiva en el peor de los casos que espera, encuentre el valor de C1 justo donde comienza a ser inestable y luego duplíquelo en el circuito real.

Sin embargo, al retroceder un par de capas en este caso, no necesita un regulador de voltaje operativo ya que el voltaje que desea es tanto un valor común como un valor conocido desde el principio. Hay muchos reguladores lineales de 3 terminales diseñados específicamente para esta tarea que pueden generar 100 mA. Si está bien desperdiciar la energía extra como calor en el regulador lineal, entonces este es claramente el camino a seguir en su caso. En este caso, está bajando 7.5V - 3.3V = 4.2V, lo que multiplicado por 100 mA es de 420 mW. Un regulador lineal en un caso TO-220 o similar se calentará, pero no requerirá un disipador de calor.

Si la eficiencia o deshacerse del calor es un problema, entonces use un regulador Buck para hacer el suministro de 3.3 V del suministro de 7.5 V existente.

Los opamps son dispositivos lineales, y como tales, serán tan (in) eficientes como cualquier otro regulador lineal.

La corriente de carga en el pin de salida se suministra desde los pines de la fuente de alimentación del opamp, y cualquier diferencia en el voltaje entre los dos pines aparece a través de los transistores del controlador en la etapa de salida del opamp. Este voltaje, multiplicado por la corriente de carga, representa la potencia que se disipará en forma de calor dentro del opamp.

No podrá suministrar 100 mA de todos los amplificadores operacionales estándar, quizás 20 mA para la mayoría y hasta 50 mA para dispositivos más especializados. Hay elementos como los amplificadores operacionales de potencia que pueden ofrecer amplificadores, pero estos son dispositivos especializados.

Respecto a la eficiencia: la potencia entregada a la carga puede ser 3.3V x 20mA = 66mW y la potencia en el opamp será 7.5V x (20mA + ~ 5mA para el amplificador operacional) = 187.5mW.

La corriente de reposo del dispositivo puede ser de 3 mA aumentando a 5 mA para producir la corriente de salida. Hay un poco de agitación, pero incluso si ignora cualquier corriente tomada por el amplificador operacional, todavía tiene 7.5V alimentándolo y 20mA entregados a la carga = 150mW.

Si ejecutara el op-amp desde una fuente de 5V, sería mejor, pero recuerde que es un dispositivo lineal que no es como una fuente de alimentación de modo conmutado: si su salida es de 20mA, se tomarán estos 20mA de los op-amps. rieles de potencia.

Este circuito proporciona la tensión de salida como se establece para (la salida máxima está limitada por los rieles) pero ya no estará bien regulada a una carga más alta. Esto también depende de la fuerza del amplificador operacional de interés. Hay muchos amplificadores operacionales de alta capacidad (Amperios) disponibles ahora.

Este circuito no es un regulador de voltaje por casualidad. Oscilará con una carga capacitiva alta y no puede soportar transitorios de línea o carga.