MOSFET-Spannungsfolger für nicht-invertierende Operationsverstärker-Vorspannung

Die Frage basiert auf diesem Dokument .

Zitat von dort:

Spannungsfolger-Vorspannung: Diese Methode ist genau die gleiche wie die Spannungsteiler-Vorspannung, außer dass sie einen Operationsverstärker (oder Transistor) verwendet, um die Vorspannung zu puffern, sodass die Auswahl kleiner Widerstandswerte nicht mehr erforderlich ist.

Die Schaltpläne für den Operationsverstärker-Spannungsfolger zum Vorspannen werden bereitgestellt:
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Dann speisen wir die Vorspannung anstelle von Masse in die negative Rückkopplungsschleife des nicht invertierenden Verstärkers ein:
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Das Dokument enthält jedoch keinen Schaltplan für einen Spannungsfolger mit Transistor.

Ich habe versucht, eine Schaltung im Internet zu finden, aber es scheint meistens eine andere Art von Spannungsfolger zu sein, z. B. diese:
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Nach meinem Verständnis funktioniert dies nicht zum Vorspannen eines nicht invertierenden Operationsverstärkers, da wir die Spannung vom Widerstand nehmen, dh wir führen sie in die negative Rückkopplungsschleife ein, sodass wir keine Widerstände mit großem Wert verwenden können, was diese Schaltung im Grunde sinnlos macht - wir können Sparen Sie keinen Strom, es ist fast dasselbe wie bei der Verwendung eines Spannungsteilers (Split-Widerstandsvorspannung).

Als ich versuchte, meine eigene Schaltung zu entwerfen, um den Spannungsfolger eines Operationsverstärkers nachzuahmen, kam ich auf etwas wie das Folgende:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Vbias geht wie bei der Operationsverstärkerschaltung auf die negative Schleife statt auf Masse.
Aber das funktioniert nicht, das Verhalten ist etwas zufällig, das Signal springt herum usw. Die Logik, die ich verwendet habe, ist, dass wir einen Kondensator am Ausgang haben müssen, um zu verhindern, dass sich die Verstärkung ändert (weil wir keine Widerstände in die Schleife einführen). . Ich habe verschiedene Kappen- und Widerstandswerte ausprobiert, aber nichts ändert sich, also ist meine Schaltung grundsätzlich falsch.

Die Frage ist also: Wie baut man einen Spannungsfolger zum Vorspannen der negativen Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers? Oder besser gesagt - wie macht man das, was die erste Schaltung in diesem Beitrag macht, aber mit MOSFET? Nachahmen bedeutet: 1) Möglichkeit, Widerstände mit großem Wert zu verwenden, um den Stromverbrauch zu senken. 2) Ändern Sie nicht die Verstärkung des nicht invertierenden Verstärkers

1. In Ihrem ersten Diagramm wird die kapazitive Last am Operationsverstärker wahrscheinlich die Stabilität der Schaltung beeinträchtigen oder zu Oszillationen führen. 2. Ihr drittes Diagramm ist kein Follower, sondern ein Common-Source-Verstärker, der eine invertierende Konfiguration ist.
3. Ihr viertes Diagramm treibt den Verstärkereingang außerhalb der Stromversorgungsschiene, daher wird es wahrscheinlich nicht sehr gut funktionieren.

Antworten (2)

Ihr drittes Bild ist kein (Quellen-)Follower, sondern ein Common-Source-Verstärker und im Allgemeinen so konfiguriert, dass er eine Verstärkung> 1 bereitstellt.

So sieht ein Source Follower aus:

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Beachten Sie, dass sich oben kein Drain-Widerstand befindet und dass der Ausgang eher vom Source- Anschluss als vom Drain abgegriffen wird.

v Ö u T wird folgen v ich N mit einem Abfall von ungefähr der Gate-Schwellenspannung des MOSFET, v T H . Dies kann je nach Gerät bei etwa 5 V liegen, daher kann es sinnvoll sein, stattdessen einen BJT-Emitter-Follower zu wählen:

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Sie können sehen, dass die Schaltung mit Ausnahme des Transistortyps im Wesentlichen identisch ist. v Ö u T wird folgen v ich N mit einem Tropfen v B E , typischerweise nur 0,7 V.

Die Eingangsimpedanz eines Emitterfolgers ist relativ hoch und seine Ausgangsimpedanz relativ niedrig. Die Platzierung zwischen einem Widerstandsspannungsteiler und dem Rest der Schaltung (z. B. einem Verstärkereingang) hat den Effekt, dass die über dem Teiler entwickelte Vorspannung gegen Schwankungen aufgrund von Änderungen des vom Teiler gezogenen Stroms stabilisiert wird.

Aber der Widerstand Re befindet sich jetzt im Wesentlichen in der negativen Rückkopplungsschleife, sodass wir ihn nicht groß machen können, um Strom zu sparen. Oder verstehe ich etwas falsch? Ich meine, in der ersten Schaltung mit Operationsverstärker-Follower habe ich 0% Einfluss auf die Verstärkung des Verstärkers, weil ich nur eine Kappe am Ausgang habe.
Die Ausgangsimpedanz des Emitterfolgers wird ziemlich niedrig sein, in der Größenordnung von zehn Ohm, abhängig vom Rest der Schaltung. In Reihe mit Ihrem R1 ändert sich der Strom in der Rückkopplung also nicht wesentlich durch den Widerstandsbeitrag. Strom fließt jedoch durch den BJT, also abhängig von Ihrer Wahl für R E , kann es zu einem zusätzlichen Stromverbrauch kommen. Sie müssten analysieren und simulieren, um eine Vorstellung zu bekommen und ein Gleichgewicht zu finden. Aber bedenken Sie, dass der Emitterfolger aktiv ist und als sein Thevenin-Äquivalent betrachtet werden sollte, nicht nur als Addieren R E in Reihe mit R 1 .
Aber am Ende des Tages bin ich mit dieser Schaltung gezwungen, einen ziemlich kleinen Widerstand Re zu verwenden, wenn ich beispielsweise 220 k als Re einstecke, wird die Verstärkung beeinflusst (obwohl es sich um einen aktiven Emitterfolger handelt). Und wenn ich einen kleinen Widerstand Re verwende - ich spare keinen Strom, also könnte ich genauso gut einen einfachen Spannungsteiler oder Operationsverstärkerpuffer verwenden, Transistor-Follower (dieser) ist der am wenigsten günstige Weg. Ich werde die Berechnungen mit diesem Follower überprüfen, um genaue Daten zu erhalten, aber auf den ersten Blick macht es nicht viel Sinn, ihn hier zu verwenden (dieser spezielle Spannungsfolger).
Sie müssen derjenige sein, der entscheidet, welche Schaltungskonfiguration Sie verwenden möchten. Beachten Sie jedoch, dass ein Operationsverstärker auch Strom zieht und daher Strom verbraucht. Beachten Sie auch, dass wie beim Photon ein Kondensator am Ausgang des Operationsverstärkers seine Stabilität beeinträchtigt und ihn möglicherweise zum Schwingen bringt. Eine solche Schaltung kann also mehr Komponenten erfordern, als Sie bisher gezeigt haben.
@ScienceSamovar, der Emitter des BJT ist effektiv parallel zu Re, sodass Sie bei diesem Design ein hohes Re verwenden und dennoch eine niedrige Ausgangsimpedanz haben können. 220 kOhm könnten zu hoch sein, aber Sie könnten vielleicht 10 kOhm verwenden und immer noch eine Ausgangsimpedanz unter 5 Ohm haben. Mit der Teilerlösung benötigen Sie die beiden Widerstände in der gleichen Größenordnung (jeweils ~ 10 Ohm für eine Division durch 2), um eine Ausgangsimpedanz von 5 Ohm zu erreichen.
Wenn Ihre Last garantiert einen kleinen Strom (z. B. 1 mA oder mehr) senkt, können Sie Re wahrscheinlich vollständig eliminieren.

Die obige Antwort ist völlig richtig ... aber wenn der Abfall von ~ 0,7 V Sie nur ein wenig stört, können Sie das beheben:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Dies funktioniert, indem im Wesentlichen ein weiterer Spannungsfolger nach dem ersten ausgeführt wird, jedoch mit dem entgegengesetzten "Typ". Auf diese Weise wird die Spannung aufgehoben. Achten Sie nur darauf, komplementäre PNP- und NPN-Transistoren mit der gleichen Vbe zu verwenden.

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