Necesito ayuda para diseñar un amplificador operacional con una ganancia de voltaje y una ganancia de corriente variable. Mi comprensión de los amplificadores operacionales no es perfecta, pero sí sé cómo diseñar un circuito de amplificador operacional con una ganancia de voltaje y uno que actúe como fuente de corriente. Eso es relativamente simple, pero mi problema es combinarlos para tener un circuito de amplificador operacional con una ganancia de voltaje y una ganancia de corriente variable. Más específicamente, necesito una ganancia de voltaje de 2 (5V a 10V) y una ganancia de corriente de al menos 300 (1mA a 300mA). El objetivo de este circuito es impulsar un actuador piezoeléctrico. Estoy usando instrumentos NI que no emiten suficiente corriente y es por eso que necesito diseñar este circuito. Mis problemas son los siguientes: Si diseño un amplificador operacional que no invierta con una ganancia de 2 y luego coloco mi actuador a través del voltaje de salida, el actuador (corríjame si me equivoco) solo consumirá tanta corriente como la salida del amplificador operacional. ¿Cómo diseño el circuito para que pueda conducir una cantidad determinada de corriente al actuador mientras mantengo una ganancia de voltaje constante? ¿Podría poner un potenciómetro en serie con el actuador para mantener la corriente pero luego no caería la tensión en el actuador? Espero ser específico y no demasiado confuso. Me imagino que este circuito será bastante simple pero no puedo juntar las piezas. Cualquier ayuda sería muy apreciada.
Diseño de amplificador operacional con ganancia de voltaje y corriente
3 respuestas
Su descripción no es tan mala, pero se ha confundido al intentar aplicar una terminología que no es apropiada. La única manera de forzar tanto la corriente como el voltaje para que ambos tengan ganancias fijas al mismo tiempo es modular también la impedancia de carga. (Como i = V / R o V / z, todos están relacionados.
Lo que quieres (y es fácil) es un búfer de corriente de salida y ganancia de voltaje. Efectivamente, el búfer actual es un amplificador de potencia, ya que puede proporcionar más producto VI = potencia en la misma variación de voltaje que la entrada. La ganancia puede ser la unidad y, de hecho, la parte de búfer del circuito a continuación tiene una ganancia ligeramente menor que la unidad. El opamp compensa esto en general.
No configura la corriente, solo proporciona la capacidad de proporcionar la corriente necesaria cuando V y Z están configurados y el búfer proporciona la corriente necesaria para mantener el voltaje requerido.
El punto de inicio fácil es un seguidor de emisores en la salida operativa si solo desea una unidad + ve (Q1 a continuación) y un seguidor invertido equivalente si desea una unidad bidireccional (Q2 a continuación). Efectivamente un búfer actual. El amplificador operacional incluye el búfer en su circuito de retroalimentación en el circuito final.
Tenga en cuenta que ambos transistores de búfer son "seguidores emisores": etapas de ganancia (o menos) de tensión unitaria con la salida tomada del emisor de ambos transistores. Verá numerosos circuitos donde los transistores son NPN (generalmente) o ambos PNP (a veces) con la salida tomada en el punto medio entre ellos. Esta disposición a veces se denomina salida "totempole": tiene ventajas para algunas aplicaciones, pero es inferior cuando el objetivo es la capacidad de inmersión actual.
El siguiente circuito es un punto de partida. En la práctica, PUEDE ser un poco más complejo, pero no mucho, y en muchos casos este circuito funcionará correctamente tal como está.
Tenga en cuenta que no muestran conexiones de retroalimentación: la salida se convierte en la salida actual del amplificador con búfer y usted recibe retroalimentación desde allí, no desde la salida opamp.
Satisfágase de cómo funciona esto y luego haga más preguntas.
Tenga en cuenta que hay un punto muerto de aproximadamente 2 x Vbe = 1.2V cuando el opamp cruza el área V + / 2. Esto no se ve en la práctica ya que la salida de opamp 'refuerza' la parte superior, pero puede causar problemas en frecuencias más altas. Hay maneras de eliminar esto que son no se muestra aquí.
Dicen:
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Debido a que casi todos los amplificadores monolíticos usan etapas de salida de clase B, tienen buenos cambios de voltaje de salida cargados, que suministran ± 10V a 5 mA con suministros de ± 15V. Exigir mucha más corriente del circuito integrado requeriría, por una parte, que los transistores de salida sean considerablemente más grandes. Además, el aumento de la disipación podría dar lugar a gradientes térmicos molestos en el chip, así como a un calentamiento excesivo del paquete en aplicaciones de alta temperatura. Por lo tanto, es recomendable utilizar un búfer externo cuando se necesitan grandes corrientes de salida.
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Una forma simple de lograr esto se muestra arriba. Se utiliza un par de transistores complementarios en la salida del opamp para obtener el aumento de la oscilación de la corriente. Aunque este circuito tiene una zona muerta, se puede descuidar en frecuencias por debajo de 100 Hz debido a la alta ganancia del amplificador. Se incluye R1 para eliminar las oscilaciones parásitas de los transistores de salida. Además, se debe utilizar una derivación adecuada en los colectores de los transistores de salida para asegurar que la señal de salida no se vuelva a acoplar al amplificador. Este circuito no tiene limitación de corriente, pero puede agregarse colocando resistencias de 50Ω en serie con los colectores de Q1 y Q2.
El circuito a continuación muestra el mismo principio utilizado en un circuito completo con retroalimentación negativa aplicada desde la salida del búfer hasta la entrada de inversión del amplificador operacional.
Circuito desde aquí
c: \ in \ AN LED strip high drive.jpg
¿Cómo diseño el circuito para poder conducir una cantidad determinada de corriente a ¿El actuador manteniendo una ganancia de voltaje constante?
Para una impedancia de carga fija, no puedes.
Lo que puede hacer es diseñar una etapa de salida que suministre la corriente de alimentación de CA deseada y si la impedancia de la carga es demasiado alta, entonces el "circuito del controlador" no podrá entregar esa corriente. Si la impedancia de carga es inferior a la nominal, entonces no habrá ningún problema porque el "circuito del controlador" simplemente suministrará esa corriente y, el voltaje que utiliza para suministrar esa corriente, se reducirá de manera adecuada. Si se alimenta en un cortocircuito, la corriente será como antes, pero no habrá voltaje presente.
Ley de ohmios: V = I.R gobierna esto.
Esto es antiguo, pero voy a intentarlo porque esta pregunta seguirá siendo relevante durante el tiempo.
Usted podría simplemente conectar en cascada un amplificador complementario push-pull en cascada o con el amplificador operacional. La etapa de ganancia unitaria proporcionará ganancia actual.
Puede aliviar la distorsión de cruce en gran medida utilizando retroalimentación negativa. A medida que la señal se acerca a la región de cruce, la retroalimentación negativa que se aplica al amplificador operacional se reduce, lo que aumenta temporalmente la ganancia de voltaje, lo que permite que el amplificador operacional accione la etapa actual a un voltaje más alto que el habitual para reducir la distorsión de cruce.
Sin embargo, como se señaló anteriormente, creo que esto solo sería efectivo en frecuencias más bajas. Los retrasos de fase de la red de retroalimentación podrían inutilizarla para prevenir la distorsión cruzada. La velocidad de giro del amplificador operacional podría ser otro factor limitante, si su respuesta de voltaje no puede alcanzar lo suficiente durante la región de cruce.
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