이 정전류 싱크는 실제로 어떻게 작동합니까?

나는 일정한 전류 소스를 구현했으며 훌륭하게 작동하지만 조금 더 이해하려고 노력했습니다! 문제의 회로는 다음과 같습니다

. 웹에서 검색을 시도했지만이 회로에서 실제로 모든 일이 진행되고있는 것을 설명하는 이론적 인 것을 찾는 것이 매우 어렵다는 것을 알았습니다. 트랜지스터를 통과하는 전류는 을 사용하여 간단히 찾을 수 있다는 것을 알았습니다. 내가보기 시작하기 전에 알았다. 그러나 이제는 실제로 무슨 일이 일어나고 있으며 부하에서 다양한 부하 / 전압으로도 일정한 전류 출력이 어떻게 유지되는지 알고 싶습니다.

$$I_{E}=\frac{V_{\text{set}}}{R_{\text{set}}}$$

누군가가 이것에 대해 약간의 빛을 비출 수 있다면, 나는 매우 감사 할 것입니다.

이 회로는 네거티브 피드백을 사용하고 매우 높은 연산 증폭기 이득을 활용합니다. 연산 증폭기는 매우 높은 이득으로 인해 비 반전 및 반전 입력을 동일한 전압 에서 유지하려고합니다 . 옴의 법칙에 의해$V_{\text{set}}$

$$I_{\text{set}} = \frac{V_{\text{set}}}{R_{\text{set}}}$$

네거티브 피드백은 연산 증폭기가 트랜지스터베이스 전압을 조정하여 부하가 변하더라도 가 일정하도록합니다. 가변 부하로 인해 이 일시적으로 증가하면 연산 증폭기의 반전 입력 전압이 일시적으로 비 반전 입력 위로 상승합니다. 이로 인해 연산 증폭기의 출력이 감소하여 트랜지스터의 및 이 낮아 집니다.$I_{\text{set}}$$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C} \approx I_{\text{set}}$

마찬가지로 가변 부하로 인해 이 일시적으로 감소하면 연산 증폭기의 반전 입력 전압이 일시적으로 비 반전 입력 전압 아래로 떨어집니다. 이로 인해 연산 증폭기 출력이 증가하여 트랜지스터의 및 가 증가합니다 . V B E I $I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C}$

opamp는 명확하지는 않지만 단일 이득 버퍼로 작동합니다.

opamps의 규칙은 출력이 두 개의 입력을 동일하게 유지하기 위해 필요한 모든 것을 수행한다는 것입니다. 단, 클립이 자체 공급 장치에 연결되어 멈추지 않는 한 가능합니다.

트랜지스터는 이미 터 팔로워로 사용되며, 이미 터 전압은 기본 전압에서 PN 접합에서 다이오드 강하를 뺀 전압을 따릅니다.

이 두 가지를 합치면 Rset 상단의 전압이 Vset과 같다는 것을 알 수 있습니다. 알려진 저항의 알려진 전압은 해당 저항을 통한 알려진 전류와 같습니다. 대부분의 트랜지스터에서 이미 터 전류에 대한베이스의 기여는 무시할 수 있으므로 공급 전압이나 저항에 관계없이 부하를 통해 실질적으로 동일한 전류를 얻습니다. 그러나 진지한 디자인을 위해 그것을 사용한다면, 당신의 특정 부분 에서이 무시 무시 함을 검증하는 것이 아프지 않을 것입니다.

내가 그것을 시각화하는 방법은 트랜지스터를 opamp의 입력에서 전압을 + 입력의 전압과 동일하게 유지하기 위해 opamp가 자동으로 조정하는 가변 저항으로 간주하는 것입니다.

이런 식으로 직렬 회로의 전류는 어디에서나 동일하기 때문에 부하, 트랜지스터 CE 접합 및 Rset의 전류는 같아야하며 Rset 상단의 전압이 변하지 않으면 opamp가 동일하게합니다. Vset에 전류가 흐르지 않으면 부하를 통과하는 전류도 변하지 않습니다.

다른 접근 방식은 연산 증폭기를 큰 유한 이득 및 테이크 제한으로 모델링하는 것입니다.

이 같은 연산 증폭기 출력을 제공 우리가있는 K가 ( V의 세트 - I 로드 R의 세트 ) = I 로드 R의 세트 + 0.7 . 에 의해 걸쳐 분할 K 및시키는 K → ∞ 원하는 결과를 제공, I의 부하 = V의 $K(v_\text{set}-I_\text{load} R_\text{set})$$K(V_\text{set}-I_\text{load} R_\text{set}) = I_\text{load} R_\text{set} + 0.7$$K$$K \to \infty$ .$I_\text{load} = { V_\text{set} \over R_\text{set} }$

이를 확인하는 또 다른 간단하지만 정확한 방법은 피드백 이론을 사용하는 것입니다.

Op Amp 출력은 단순히 Op Amp (A)의 이득에 입력 전압 간 차이를 곱한 값입니다. 우리가 저항 에서 전압을 부르면 (아직 그것이 무엇인지 모르기 때문에) 연산 증폭기의 출력은 다음과 같습니다.$V_x$

$$V_o = A \cdot (V_{\text{set}}-V_x)$$

이제 트랜지스터가 켜졌을 때베이스 이미 터 접합에 일정한 전압이 있으므로 다음 과 같이 쓸 수 있습니다.$V_{\text{be}}$

$$V_x = V_o - V_{\text{be}}$$

이것을 방정식 으로 대체하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.$V_o$

$$V_o = A \cdot (V_{\text{set}} - (V_o - V_{\text{be}})) = A \cdot (V_{\text{set}} + V_{\text{be}}) - A \cdot V_o$$

또는:

$$(A + 1) \cdot V_o = A \cdot (V_{\text{set}} + V_{\text{be}})$$

따라서 정리하면 다음과 같습니다.

$$V_o = \frac{A \cdot (V_{\text{set}} + V_{\text{be}})}{A+1}$$

이제 우리는 연산 증폭기로 A가 매우 크다는 것을 알고 있습니다. 따라서 A가 무한대로 증가함에 따라 A를 볼 수 있습니다 은 단일성을 향합니다.$\frac{A}{A+1}$

$$\frac{A}{A+1} \to 1$$

그러므로:

$$V_o=V_{\text{set}}+V_{\text{be}}$$

그러나 우리는 그 위에 다음과 같이 썼습니다.

$$V_x=V_o-V_{\text{be}}$$

이 식을 위의 대체하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.$V_o$

$$V_x=(V_{\text{set}}+V_{be})-V_{\text{be}}\$ or \$V_x=V_{\text{set}}$$

그리고 분명히, 이미 알고있는 R set .$I_{\text{set}}=\frac{V_{\text{set}}}{R_{\text{set}}}$

내 대답은 아마 당신이 협상 한 것보다 더 많을 것입니다. 그러나 당신이 호기심이 있다면, 제가 그것에 노력을 기울인 것에 감사하겠습니다.

일반적인 OP AMP의 개방 루프 이득은 최소 100,000 (매우 높음)입니다. (그 출력은 입력의 차이가 얻어 의 이득에 의해 곱들을) 경우 → V . V O = V * ( V + - V - ) . 여기서, V + = 비 반전 입력 및 V를 - = 반전 입력. 연산 증폭기의 출력이 단지 몇 볼트라고 가정하면 입력의 차이 전압은 출력의 1 / 100,000입니다. 이 차이는 V o 와 비교할 때 몇 마이크로 볼트 일 수 있습니다$V_{+} - V_{-}$$A_{v}$$V_{o} = A_{v} * ( V_{+} - V_{-} )$$V_{+}$$V_{-}$$V_{o}$훨씬 더 작습니다 (이 차이 전압은 모든 의도와 목적을 위해 대략 0 볼트입니다).

$V_{+}$$V_{-}$$V_{+} = V_{set}$$V_{-} = V_{set}$$V_{-}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$$R_{set}$$V_{set}$

${ I_{collector} \over I_{base} } > 40$$I_{emitter} \sim I_{collector}$

$V_{set}$$Z_{in}$$V_{set}$$V_{+}$$V_{supply}$$I_{load}$$V_{supply}$$R_{collector}$

$V_{supply}$$V_{CE}$$R_{collector}$$I_{load}$$V_{CE(on)} ~ 0.3V$$V_{supply}$$I_{load}$$V_{supply}$$I_{load}$$V_{supply}$$V_{CE}$$R_{collector}$$I_{load}$$V_{CE}$$I_{load}$$V_{CE}$$I_{load}$$R_{collector}$$V_{supply}$$R_{collector}$$V_{CE}$$R_{collector}$$I_{load}$$R_{collector}$$I_{load}$$R_{collector}$$V_{supply}$

$R_{collector}$$R_{collector}$$I_{load}$$V_{CE}$$V_{supply} - V_{set}$$R_{collector} = 0 ohm$$V_{CE}$$V_{CE(on)}$

$V_{supply}$$R_{collector}$