Balanceo de la corriente de salida de la fuente de corriente controlada por voltaje

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Estoy aprendiendo diferentes voltajes a los convertidores de corriente durante mi tesis de licenciatura, que son una composición de OpAmps y Transitors. La siguiente estructura es bastante interesante para mi tesis y quiero aprenderla de memoria.

En esta topología, puedo ver que si la retroalimentación se toma desde el emisor al terminal de inversión de OpAmp (con + 6V a tierra), la corriente de salida parece bastante estable en la simulación y el control parece muy simple y también que la tensión de salida de OpAmp es Vbe mayor la tensión de entrada en el caso de que Rf = R1 (apreciaría si supiera las desventajas de esa estructura).

Sin embargo, en caso de que se recoja la retroalimentación desde el colector del transistor, como se muestra aquí, la corriente de salida Ic ya no es estable y existe un balanceo continuo de la corriente de salida. No puedo entender por qué sucede esto. Esto ya se discutió en ¿Qué hace este amplificador operacional? / Transistor circuito hacer? (circuito revisado) de Andy Aka, según él, esto sucede debido a que la ganancia de OpAmp se acopla con la ganancia del colector del transistor, lo que causa oscilaciones. Necesito más análisis en esta dirección, ¡y estaré muy agradecido si alguien puede sugerir algún tipo de literatura sobre este efecto de balanceo donde pueda aprenderlo en detalles!

En segundo lugar, el otro problema con esta topología es que si la resistencia de mi emisor no es constante y es más bien un valor dentro de un rango determinado calculado para este diseño, no puedo calcular directamente el voltaje de salida de OpAmp en comparación con el caso anterior. El voltaje de salida del wehre es simplemente el voltaje de entrada más Vbe. ¿Hay alguna otra manera de calcular el voltaje de salida de OpAmp (voltaje base del transistor) sin conocer la resistencia exacta del emisor?

¡Muchas gracias por tus respuestas!

    

1 respuesta

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La retroalimentación positiva se produce cuando la señal realimentada en la entrada está en fase con la salida. Un circuito oscilará cuando la retroalimentación positiva haga que la ganancia de bucle (ganancia del amplificador + retroalimentación) sea mayor que 1.

En su circuito, la señal se invierte a medida que pasa por el transistor, por lo que está desfasada 180º y produce retroalimentación negativa. Sin embargo, debido a las capacitancias en el amplificador operacional y el transistor, la fase cambia a medida que aumenta la frecuencia.

Si solo estuviera involucrada una capacitancia, el cambio de fase máximo que podría ocurrir sería de 90º y el circuito siempre sería estable. Sin embargo, si varias etapas tienen capacitancia, el cambio total podría alcanzar los 180º a una frecuencia en la que el amplificador aún tenga algo de ganancia, lo que provocará que el desplazamiento de fase del bucle alcance 360º - ¡retroalimentación positiva! Si la ganancia del bucle es mayor que 1 en esta frecuencia, entonces el circuito oscilará.

Los amplificadores operacionales tienen varias etapas internas y una ganancia muy alta, por lo que para que sean estables con retroalimentación, en una etapa se puede agregar capacidad adicional para convertirlo en el polo dominante. Para que un amplificador operacional sea estable en ganancia unitaria, la ganancia debe ir por debajo de 1 (0dB) antes de que cualquier otro polo haga que el desplazamiento de fase alcance 180º.

Si agrega otra etapa de ganancia externamente, la ganancia total se incrementa y se pueden alcanzar otros polos antes de que la ganancia haya descendido por debajo de 1. La etapa externa también puede tener un polo a una frecuencia que esté dentro del rango de frecuencia de la op. El polo dominante del amplificador. La mayoría de los amplificadores operacionales están diseñados para tener el mejor ancho de banda posible de ganancia unitaria, por lo que solo se compensan lo suficiente para mantener los otros polos por debajo de la línea de 0dB. por lo tanto, cualquier ganancia externa significativa o cambio de fase podría hacer que se vuelvan inestables.

Para hacer que este circuito sea estable, puede intentar usar un amplificador operacional de menor ancho de banda, o uno que pueda tener un condensador de compensación externo agregado, o crear un polo externo dominante colocando un filtro RC en el circuito de retroalimentación. Sin embargo, todavía tendrá los otros problemas mencionados.

La retroalimentación del Emisor es mejor porque la ganancia de voltaje del transistor es inferior a 1 en este punto, y está aislada del Colector para que los cambios en la impedancia de carga tengan menos efecto. En el modo de emisor común, un transistor bipolar tiene una buena capacidad de regulación de corriente por sí mismo, por lo que el amplificador operacional puede tener una ganancia y un ancho de banda más bajos. Para obtener estas ventajas para el abastecimiento actual en lugar de hundirse, solo tiene que cambiar el transistor de NPN a PNP.

  

¿Hay alguna otra manera de calcular el voltaje de salida de OpAmp (Base   voltaje del transistor) sin conocer la resistencia exacta del emisor?

No. Dado que la tensión de carga se agrega a la tensión del Emisor Base, debe saber cuál es la resistencia de la carga para poder calcular la tensión de salida del amplificador operacional.

    
respondido por el Bruce Abbott

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