Reguladores lineales basados en opAmp

Este es un intento de construir un regulador de voltaje de salida de ruido muy bajo. Tiende a ser utilizado por personas que prefieren los cables de altavoz de cobre sin oxígeno con patrones de cableado específicos, y similares. Eso no quiere decir que no tenga un mejor rendimiento, sino que en la mayoría de los casos será utilizado o necesitado solo por personas que pueden escuchar y sentir cosas en la música que a los simples mortales se les impide escuchar. Vale la pena leer el artículo completo si está interesado en lo que están tratando de lograr.

El LED verde actúa como una referencia de voltaje para una fuente de corriente constante formada por Q2 R5 D1 R4. Tal vez se podrían haber usado varios diodos de silicio en lugar del LED. Digamos que V_green_LED es 3V. Esto coloca Q2 base 3V por debajo del ánodo del LED, de modo que el emisor Q2 es 3.0-Vb3 = 3 - 0.6 = 2.4V por debajo del ánodo D1. Este 2.4V aparece en R5 y hace que I = V / R = 2.4 / 249 ~ = 10 mA fluya en R5 y Q2. Esta corriente está disponible para Q1 como unidad base y el amplificador de error U1 controla Q1 "succionando" cualquier parte de esta corriente necesaria para mantener la regulación.

Las personas que han diseñado este circuito especificaron Q1 como D44H11 hoja de datos aquí porque tenía mucho sentido. a ellos que lo hagan. Diría que era solo un transistor de potencia DPAk NPN razonablemente capaz y que docenas de alternativas estarían bien, pero los audiófilos probablemente te asegurarán que podrían escuchar la diferencia si cambias a otra cosa. Ciertamente no podría, pero mi audición no es una clase de audiófilos.

Si estuviera diseñando este circuito, probablemente habría hecho de Q1 un PNP (o P Channel MOSFET) porque es mucho más fácil proporcionarle una fuerte desviación hacia adelante cuando sea necesario bajo cualquier condición y el voltaje de deserción sería muy superior . Tengo pocas dudas de que se utilizó el arreglo NPN algo torpe porque transmitió una gran ventaja en la estimación del diseñador.

Del mismo modo, el amplificador operacional AD825 hoja de datos aquí se ha elegido con gran cuidado. Esta es una opción más comprensible. Este es un opamp de $ 5 y tiene un rendimiento razonablemente impresionante. 125 V / uS (!), Ancho de banda 3dB de 41 MHz, corriente de polarización de entrada de 20 pA y corriente de ruido de 10 fA / √Hz Voltaje de entrada de ruido de 12 nV / √Hz. En la práctica, podrías usar un opamp mucho más bajo allí y no escuchar la diferencia. Dependiendo de tus oídos.

Si te importa lo suficiente como para construir este circuito, dejar el opamp como se especifica es probablemente sabio. Cambiar Q1 PUEDE estar bien.

Tenga en cuenta que incluso la elección de referencia, aquí D5, se basa en consideraciones de bajo ruido. La LM329- hoja de datos aquí NO es una referencia de banda prohibida, es un diodo zener enterrado de diseño especial .

  

¿Cuál es la idea de poner el LED verde D1 en el circuito base de Q2?

D1, R4, R5 y Q2 forman una fuente de corriente constante forzando una tensión constante (D1 Vf - Q2 Vbe) a través de una resistencia fija (R5). R4 está justo ahí para limitar la corriente a través del LED. Puede usar 2 o 3 diodos en serie aquí en lugar del LED, o un zener, pero probablemente serán menos precisos o más ruidosos.

Esta corriente empuja la salida del amplificador operacional a la clase A, de modo que en lugar de regular el voltaje de salida presionando una corriente variable en la base Q1, solo puede alejar la corriente del CCS, lo que afecta la cantidad de energía que entra. La base de Q1.

Esto mantiene el transistor de salida del amplificador operacional lejos del área de distorsión cruzada, excepto en la carga de salida extrema. Sin esa carga constante, obtendría una distorsión cruzada a bajas demandas de corriente de alimentación. Es más común en los circuitos de audio tener un rango de corriente de suministro altamente variable que incluya valores de corriente bajos que uno que permanezca constantemente cerca del límite de corriente de salida de la fuente de alimentación, por lo que diseñamos alrededor de eso al intercambiar un excelente rendimiento al límite que esperamos Nunca te acerques para obtener un rendimiento excelente con una carga variable.

También tiene el agradable efecto secundario de hacer que el regulador tenga una limitación inherente a la corriente: la corriente de salida máxima del regulador es el valor de la fuente de corriente multiplicada por el HFE de Q1. El hFE varía bastante, por lo que esta no es una forma precisa de limitar la corriente de salida a menos que ajuste la fuente de corriente para que coincida, pero en las fuentes de alimentación que regulan teniendo la corriente de empuje del op-amp en la base de Q1, el límite de corriente de salida es por lo general, mucho más alto, ya que establece el valor de fuente actual mucho más bajo que el límite de corriente de salida del amplificador operacional. Si establece el límite de manera adecuada a las demandas de su circuito de carga, podría potencialmente evitar que la fuente de alimentación o el circuito de carga se destruyan en caso de un cortocircuito.

El artículo al que hace referencia muestra otros diseños de circuitos que funcionan de otra manera, para comparación.

  

¿Podemos usar cualquier NPN en lugar de D44H11 con una calificación actual equivalente?

Sí.

Se eligió ese transistor debido a su linealidad en los rangos de corriente para los que se diseñó la fuente de alimentación.

Tal vez haya un mejor transistor para su aplicación particular. Tal vez no necesite tanta corriente de salida, así que puede elegir un transistor más pequeño. Debería seleccionar el transistor para colocar la corriente de carga esperada de la fuente de alimentación justo en el centro de la parte más lineal de la función de transferencia del transistor.

Si, por el contrario, su interés está en cambiar a algún tipo de transistor genérico, tenga en cuenta que esto puede aumentar la distorsión que el op-amp debe contrarrestar. Dado que los amplificadores operacionales no son perfectos, esto se mostrará como un desempeño ligeramente peor en la salida de la fuente de alimentación.

  

¿Podemos usar cualquier FET OpAmp en lugar de AD825?

Aquí hay cierta flexibilidad, pero hay muchos chips que no funcionan.

Lo primero que tienes que hacer es buscar estabilidad. Algunos chips son propensos a la oscilación en este circuito. Esto se debe en gran parte al hecho de que el circuito de retroalimentación de este circuito es físicamente más grande de lo que es común para los circuitos de amplificación operativa. Esto es especialmente cierto si utiliza la función de detección remota, que no se muestra en ese esquema, pero se detalla en el artículo original de Walt Jung.

Más allá de eso, también desea un chip con poco ruido, la capacidad de acumular suficiente corriente para conducir el transistor de paso con precisión, la capacidad de iniciar de manera confiable en el ciclo de alimentación, una alta cantidad de retroalimentación sobre la regulación requerida ancho de banda, etc. Muchos chips fallarán en uno o más de estos requisitos.

En realidad, no es necesario utilizar un chip de entrada FET. El circuito no trata de equilibrar las corrientes de desplazamiento de entrada, sino que solo se mostraría como una variación en el voltaje de salida de la fuente de alimentación, que se trata fácilmente al hacer que R1 o R2 sean ajustables.