El siguiente circuito proviene de la errata de The Art of Electronics. ¿Por qué es correcto el circuito en la Figura 5.87-B (abajo)?
Tal como se indica, 50 mA en la salida significará -5V en la entrada inversora del Op-Amp. En realidad, esperaría que 50 mA causen + 5V y el circuito se encuentre en el punto de operación de fuente completa (1V / 10mA).
¿Deben corregirse las erratas? En la figura original (libro impreso), las entradas del In-Amp se intercambian.
¡Gracias de antemano!
A primera vista, el amplificador de instrumentación está realmente equivocado, no la entrada de entrada.
¡Pero si miramos más de cerca, tenemos que hacer un cambio en los tres componentes activos !
Tal como se muestra, cuando la salida es de + 50 mA, el amplificador de instrumentación debe emitir -5V, que es más bajo que la tierra. Si se alimenta positivamente como en el circuito A, no puede alcanzar ese nivel.
El intercambio de los pines +/- de la instrumentación operacional lo haría presente a 5 V en la entrada '-' de la entrada operativa. En ese caso, con una entrada a 5 V, el circuito sería estable.
Intercambiar las entradas de la entrada de entrada haría que la retroalimentación fuera negativa, pero la entrada tendría que ser -5V para tener 50mA en la salida. Eso también requiere que ambas unidades operen con una potencia inferior a -5V y una potencia positiva (VCC).
No olvidemos el 100pF.
Si cambiamos las posiciones +/- del registro de entrada, la respuesta a través de este 100pF es correcta. Un aumento repentino en la corriente de salida, disminuiría la salida del amplificador de instrumentación, lo que disminuiría el voltaje en la base de Q1 y disminuiría la corriente al disminuir el voltaje presentado a la carga.
Corrigiendo las entradas +/- del amplificador de instrumentación (que es la buena solución hasta ahora), el 100pF funciona contraproducente. Un aumento en la corriente aumentará la base del Q1 y por lo tanto aumentará la corriente de salida (a medida que aumenta el voltaje de salida).
Bien, ¿tenemos que soltar este 100pF? ¡Hay una buena razón para tenerlo!
Por lo tanto, haría otro cambio: cambiar Q1 para un PNP. La corriente está determinada por la caída de voltaje de VCC a la base de Q1, y por lo tanto (en su mayoría) independiente de la carga.
¡Ahora espera un minuto! Eso cambia el bucle de retroalimentación !!!!
Con el PNP, necesito que la salida del opamp disminuya para aumentar la corriente. Así que tengo que cambiar las entradas +/- de la entrada opamp. Con la entrada conectada a '-', la salida opamp caerá al aumentar el voltaje de entrada. También necesito cambiar las entradas +/- del amplificador de instrumentación (el signo + debe estar en la parte superior, - en la parte inferior), para asegurar que su salida aumenta con la corriente creciente para disminuir la brecha con el signo "-". Entrada del primer opamp.
¿Está bien el condensador de 100pF? ¡Sí! Con un aumento repentino de la corriente, la salida del amplificador de instrumentación aumenta, por lo que aumentará el voltaje base de Q1, lo que disminuirá la corriente de salida. Retroalimentación negativa instantánea para cambios rápidos.
¡Y ese es el ARTE de la electrónica!
¿El valor de 100pF necesita cambiar? No puedo distinguirlo del esquema porque falta un elemento importante: el valor de la carga.
Con el NPN, el 100pF realmente depende de la carga. La carga cambió la amplificación y la fase de bucle abierto. ¿Por qué? Debido a que un aumento en el voltaje en la base de Q1 como NPN resultó en el mismo aumento de voltaje en el emisor de Q1 y por lo tanto un aumento directo en el voltaje de la carga. Eso significaba que la amplificación de corriente de bucle abierto en el Q1 era de $ 1V / R_ {load} \ $.
Como Q1 es un PNP, se conoce su amplificación actual. Se trata de \ $ 1V / 22 \ Omega \ $. El voltaje en el colector se "adaptará" a la carga.
Entonces, si el 100pF se diseñó correctamente, se puede mantener como está para una carga de $ 22 \ Omega \ $. Si la carga es diferente, entonces el 100pF debe ajustarse por el mismo factor, y / o el \ $ 22 \ Omega \ $ también puede cambiar. Si queremos una menor pérdida de energía en \ $ 22 \ Omega \ $ y dividimos su valor entre 10, entonces debemos aumentar los 100pF en 10.
El valor exacto elegido para 100pF depende de: el margen de fase requerido para el bucle cerrado y el rango de frecuencia para el que queremos que funcione la regulación.
Ignorando todo lo demás, el resistor 3k3 y el 100pF parecen establecer un punto 3dB en aproximadamente 3kHz. 3kHz es bastante bajo y probablemente está lejos de cualquier requisito de margen de fase. Si consideramos la resistencia de carga que estaba en serie con la resistencia 3k3, espero pocos cambios. Para obtener 50 mA a 8 V, la carga no debe ser superior a 160 ohmios, por lo que no cambia mucho a 3k3.
Con el NPN, agregamos la resistencia \ $ 22 \ Omega \ $, que es una conocida, por lo que la frecuencia 3dB de este filtro no cambiará mucho.
Por lo tanto, mi mejor conjetura es mantener 100pF, permanecer en una frecuencia 3dB de 3kHz, y creo que el margen de la fase estará bien.
Sí, creo que los +/- se intercambian en el amplificador (solo en B).
La retroalimentación tiene que ser negativa, por lo que un aumento en la corriente debería resultar en un voltaje de salida más bajo desde el amplificador operacional (ya que el transistor de paso es un seguidor del emisor).
El circuito A proporciona retroalimentación negativa (una corriente más alta produce un voltaje de salida más alto, lo que tiende a desactivar el MOSFET del canal P).
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