Was macht diese Operationsverstärker- / Transistorschaltung?

Die Schaltung ist unterbrochen, weil sie fälschlicherweise eine positive Rückkopplung implementiert, wo die Absicht besteht, eine negative Rückkopplung zu haben. Je mehr Widerstand Sie mit dem Potentiometer einstellen, um die Spannung am + Eingang zu erhöhen, desto mehr leitet der MJE-Transistor. Dadurch steigt der Strom durch R3, was die Spannung am unteren Ende von R3 senkt. Diese abgesenkte Spannung wird an den - Eingang des Operationsverstärkers zurückgeführt und bewirkt eine Erhöhung des Ausgangs!

Tatsächlich ist es ein doppeltes Negativ: R3 ist der Lastwiderstand einer invertierenden Verstärkungsstufe, und dieser invertierte Ausgang wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers zugeführt. Ein invertierter Ausgang, der einem invertierenden Eingang zugeführt wird, ist eine positive Rückkopplung.

Der richtige Ansatz, um das Rückkopplungssignal einfach vom Ausgang des Operationsverstärkers zu nehmen (klassischer Spannungsfolger / Puffer). Dieser Puffer treibt dann einfach die Basis des Transistors an und implementiert einen klassischen Emitterfolger, um die Stromtreiberfähigkeit zu erhöhen. R3 ist nicht erforderlich.

Alternativ kann das Rückkopplungssignal von dem Knoten abgenommen werden, an dem der Emitter des Transistors auf die Last trifft (Oberseite der Last). Diese Topologie eliminiert dann den VBE-Spannungsabfall, da sie den VBE-Abfall in die Rückkopplungsschleife verschiebt. Die Folge ist, dass die Lastspannung dann eng der Spannung am + Anschluss des Operationsverstärkers folgt, anstatt einen VBE-Abfall niedriger zu sein.

Konkret ist hier eine Version der Schaltung, die mit der obigen Feedback-Topologie modifiziert und auch für die Simulation bereinigt wurde. Ich habe den Vorwiderstand vom Potentiometer entfernt, damit wir die Spannung von 0 bis 10 V variieren können (indem wir den "k" -Parameter des Potenziometers von 0 auf 1 variieren). Die Rolle der Last spielt R4.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wenn wir die Rückkopplungsleitung an die ursprüngliche Position verschieben, zeigt die DC-Simulation, dass die Schaltung bei offenem Transistor einklinkt.

Selbst wenn R3 wesentlich größer gemacht wird, geschieht die hypothetische positive Rückkopplungswirkung nicht genau wie beschrieben, sondern wie folgt: Wenn Strom angelegt wird, fließt kein Strom durch R3, und daher wird der - Eingang des Operationsverstärkers gehalten die 10-V-Stromschiene. Der + Eingang kann nicht darüber steigen, und so wird der Ausgang des Operationsverstärkers niedrig getrieben. Auf diese Weise hält die positive Rückkopplung den Transistor in einem Sperrzustand. Wenn wir das Potentiometer ganz aufdrehen, wird es interessanter: dann liegen die Eingänge beide nominell auf 10V. Das tatsächliche Verhalten hängt von ihren genauen Werten ab, die durch Vorströme und Leckströme durch den Sperrtransistor bestimmt werden.

Um eine Operationsverstärkerschaltung als Verstärker zu analysieren, müssen bestimmte Annahmen getroffen werden. Eine dieser Annahmen ist, dass eine negative Rückkopplung vorhanden ist.

Aber in dieser Schaltung ist keine negative Rückkopplung vorhanden.

Um dies zu sehen, stellen Sie sich vor, dass aus irgendeinem Grund (Rauschen oder eine andere Störung) die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers ansteigt (platzieren Sie einen Aufwärtspfeil am Ausgang des Operationsverstärkers).

Wenn nun eine negative Rückkopplung vorhanden ist, bewirkt diese Störung, dass die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers abnimmt . Wenn dies nicht der Fall ist, haben Sie kein negatives Feedback.

Verfolgen Sie also diese Störung rund um die Schleife. Da der Ausgang des Operationsverstärkers mit der Basis des Transistors verbunden ist, führt die Erhöhung der Basisspannung zu einer Verringerung der Kollektorspannung (Platzieren Sie einen Abwärtspfeil am Kollektor).

Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit dem Kollektor verbunden (Platzieren Sie einen Abwärtspfeil am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers).

Da dies jedoch der invertierende Eingang ist, führt eine Verringerung der Spannung dort zu einer Erhöhung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers .

Zusammenfassend führt eine Störung, die die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers erhöht, zu einer Rückkopplung, die diese Störung tendenziell verstärkt . Dies ist das Zeichen für positives Feedback.

Diese Schaltung ist also nicht stabil; Jede Störung wird eher verstärkt als gedämpft. Ich glaube nicht, dass dies die gewünschte Operation ist. Es ist wahrscheinlich, dass der invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem Emitter des Transistors verbunden werden sollte.

Wenn ich mir die Schaltung ansehe, würde ich denken, dass Sie durch Vertauschen der + und - Eingänge des Operationsverstärkers eine Stromquelle erhalten. Habe die Schaltung aber noch nicht ausprobiert!

Um die Stabilität zu analysieren, verwenden Sie ein Gedankenexperiment: Was passiert, wenn ich die Spannung am Plus-Eingang erhöhe? Infolgedessen wird auch der Ausgang des Operationsverstärkers erhöht. Wenn diese Erhöhung zu einer Erhöhung am Eingang - führt, kann die Schaltung stabil sein, da die Differenz zwischen den Eingängen durch die Wirkung des Operationsverstärkers verringert wird.

In der ursprünglichen Schaltung führt eine Erhöhung am + Eingang zu einer Erhöhung am Ausgang, was zu mehr Strom durch den Transistor führt, was zu einem stärkeren Abfall über R3 führt, was zu einem Abfall des - Eingangs führt. Diese Schaltung ist instabil. Tauschen Sie die Eingänge aus, und Sie haben eine schöne Stromquelle.

Für Ströme nahe Null muss der Operationsverstärker in der Lage sein, Eingänge nahe der Schienenspannung zu verarbeiten, nicht alle Operationsverstärker sind dazu in der Lage.

Die gezeichnete Schaltung ist ein Schwellwertdetektor.

Es ist komponentenspezifisch, da es beim Einschalten eine Rennbedingung gibt, die je nach den spezifischen Komponenten und möglicherweise sogar dem Layout in beide Richtungen gehen kann. Damit es zuverlässiger startet, legen Sie einen kleinen Kondensator über BC.

Die Schaltung hat kein Reset wie gezeichnet, so dass sie nur einmal pro Einschaltzyklus ausgelöst werden kann. Ein NC-Schalter in der Rückführung würde ein Zurücksetzen ermöglichen.

Wenn die Last mehr als etwa ein Ampere beträgt, muss der Widerstand angepasst werden.

Die Schaltung ist ein VCCS, der Laststrom wird von der Ref-Eingangsspannung des OP-Verstärkers geteilt durch den Wert des Messwiderstands (R4) abgeleitet, dh angenommen, die Eingangs-Referenzspannung beträgt 5,0 V (Topf R1 befindet sich in Mittelstellung), dann beträgt der Laststrom 5,0 V /100 Ohm = 5,0 mA.