amplificador operacional con transistor en realimentación

El funcionamiento de este chip es inteligente pero no demasiado difícil de entender.

• La corriente que fluye hacia la carga causará una caída de voltaje entre (1) y (2) y la caída será proporcional a la corriente.
• Como la impedancia de entrada del amplificador operacional es muy alta, la tensión en (3) será la misma que en (2). (Más sobre esto más adelante.)
• Inicialmente, el transistor estará apagado y el voltaje en (4) será igual al de (1). El efecto será que (4) es mayor que (3), por lo que la salida del op-amp comenzará a aumentar.
• A medida que la salida comienza a aumentar, el transistor comienza a encenderse. Esto permite que la corriente fluya a través de Rg3. A medida que aumenta la corriente, el voltaje en (4) comienza a disminuir debido a Rg1.
• Cuando fluye suficiente corriente a través de Rg1, Q y Rg3 para bajar (4) al mismo voltaje que (3) el circuito se estabilizará.
• Por lo tanto, la tensión en Rg3 será proporcional a la tensión en Rsense que es proporcional a la corriente. El voltaje Rg3 está amortiguado.
• Rg2 se incluye para equilibrar las corrientes de polarización. Ambas entradas se verán afectadas por la misma cantidad, por lo que los errores se cancelan. También pueden proporcionar un poco de protección contra sobretensiones y limitar la corriente a cualquier diodo de protección contra sobretensiones integrado (consulte la hoja de datos).

  

Si tuviera que construir esto a partir de elementos semidiscretos, ¿puede el amplificador operacional ser alimentado por voltaje, es decir? 5V y la corriente de detección en un potencial mucho mayor con este circuito?

No. Con muy pocas excepciones, las entradas del amplificador operacional deben estar dentro o muy cerca de los rieles de suministro. Parece que están usando un truco en este dispositivo, ya que los pines 3 y 4 pueden ir a 30 V con un suministro de 24 V en el chip (a juzgar por el esquema).

Pregunta uno: ¿Por qué el transistor está ahí?

Respuesta:
El transistor está ahí para garantizar que el Op-Amp pueda "asentarse" de modo que el transistor extraiga suficiente corriente a través de Rg1 y entre en Rg3 para obtener voltajes iguales en las entradas V y V + del op-amp.

Si no existiera, se necesitarían muchos trucos adicionales para lograr que la diferencia de voltaje entre Rsense haga que una corriente confiable e independiente de la fuente fluya hacia abajo.

Lo que podría haber sido más fácil sin el transistor es que Rg3 también está dentro del paquete y nuevamente causa un voltaje y posiblemente un amplificador de diferencia de 2 op-amp podría haber logrado el mismo resultado.

Sin embargo, muchos de estos diseños proporcionan la corriente que el transistor extrae como un pin de salida que le permite sustituir su propia resistencia. Aparte de eso, el transistor ofrece algunas opciones de precisión y estabilidad, dependiendo de algunos detalles no suministrados por su bloque amarillo.

Pregunta dos: ¿Puedo hacer esto, alimentar el amplificador operacional con 5V y luego hacer que el Rsense funcione a un voltaje más alto (como 12V, tal vez?)?

Respuesta:
No.
No sin ninguna otra parte a su alrededor, lo que lo haría infinitamente más difícil. Un Op-Amp solo puede ofrecer una ganancia lineal cuando sus entradas están entre los rieles de suministro, y muchos solo pueden hacerlo cuando sus entradas están incluso más cerca de la mitad del rango de suministro que los rieles reales.

Necesitaría un "amplificador más que Than-Rail-to-Rail-Op" y no he oído hablar de eso.

re pregunta 2: Como se contestó antes, no, no se podría conectar este CCT con opamps comunes. De hecho, la primera (entrada) "opamp" en el cct debe entenderse como un "elemento de alta ganancia" con un comportamiento equilibrado (es decir, simétrico) en ambos pines de entrada. Y una corriente de sesgo razonablemente baja, pero no esperaría que esta corriente de sesgo fuera muy baja.

Si tuviera que adivinar qué hay dentro del diseño de dicho elemento de ganancia, consistiría en que las dos entradas alimenten resistencias coincidentes (Rin, Rip) que alimenten espejos de corriente NPN correspondientes.

Por lo tanto, las corrientes de polarización de entrada (casi) iguales (Ibn, Ibp) fluirán hacia el elemento de ganancia y la caída de tensión Ibn Rin (~ = Ibp Rip) mantenga los elementos activos de la etapa de entrada (espejos actuales) por debajo de Vcc.

La diferencia en las salidas de los espejos actuales es donde comienza la parte complicada. Por supuesto, los diseñadores de circuitos integrados analógicos viven para tales desafíos :)

Espero que esto le ayude a crear ideas para su sensor de corriente de alto voltaje alimentado con 5V. Por cierto: los espejos actuales son un tanto difíciles para lograr una buena combinación en el mundo discreto. Puede encontrar (casi) matrices de transistores que coinciden. Buena suerte.