N 채널 MOSFET에서 출력 기능이있는 OP 앰프

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회로도를 분석해야하며이 부분에 문제가 있습니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

문제는 연산 증폭기의 출력에서 N 채널 MOSFET의 유틸리티를 전혀 얻지 못한다는 것입니다. 누구든지이 구성 요소의 목적을 설명 할 수 있습니까?

내가 생각하기 때문에,이 트랜지스터 없이도 변환이 수행 될 것이다.

operational-amplifier mosfet

— 다미 엔
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이 회로는 전송 기능에서 볼 수 있듯이 전류의 전압을 변환합니다.

트랜지스터는 출력 전압 계산과 관련이 없으며 입력 전압과 R1에만 의존합니다.

회로에서 다음을 찾을 수 있습니다.

V_{i n -} = V_{S S} + I_{O U T} \cdot R_{1}

$V_{in-} = V_{SS} + I_{OUT} \cdot R_1$

그러나 Opamp가 고 이득 지역에 있다면 (이상적으로) 얻을 수 있습니다.

V_{i n -} = V_{i n +} = V i n

$V_{in-} = V_{in+} = Vin$

따라서 두 방정식의 올바른 항을 비교하고 다음을 얻을 수 있습니다.

V i n = V_{S S} + I_{O U T} \cdot R_{1}

$Vin = V_{SS} + I_{OUT} \cdot R_1$

I_{O U T} = \frac{V i n}{R_{1}}

$I_{OUT} = \frac{Vin}{R_1}$

트랜지스터는 게이트 전압에 따라 출력 전류를 구동하기위한 것입니다. 이런 식으로 생각해보십시오. Opamp는 입력을 동일하게 만드는 데 필요한 것을 수행하며, 이는 R1 * Iout이 Vin과 같도록 전압을 공급합니다. Iout과 Vo (opamp)의 관계는 트랜지스터에 의해 설정됩니다.

따라서 트랜지스터는 실제 VI 변환을 수행 하여 연산 증폭기와 피드백 루프를 만듭니다.

— clabacchio
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실제로 명확 해지기 시작하지만 트랜지스터없이 동일한 작업을한다고 가정 해 봅시다. 전압 추종자 피드백 및 저항기의 연산 증폭기 만 가능합니다. 연산 증폭기는 입력을 동일하게 만들고 Vin은 R1 * Iout과 같으므로 R1을 통해 전류를 설정합니다. 결과는 같을까요? 내 질문이 분명한지 모르겠다

— damien

이 경우 @damien은 Vout = Vin이되어야하고이 경우 Vout = Vin + Vds가되며 Vds가 달라질 수 있으므로 전류에 따라 다른 출력 전압을 가질 수 있습니다.

— clabacchio

트랜지스터가 없으면 Vout = Vin이고 여기에 있으면 Vout = Vin + Vds에 동의합니다. 하지만 유틸리티가 보이지 않습니까? 전류에 따라 다른 출력 전압을 갖는 것은 무엇을 의미합니까? 죄송합니다. 완전히 이해하고 싶습니다. s

— damien

@damien 전압을 강요하지 않고 전류를 구동하려면이 회로를 사용하십시오. 예를 들어 LED를 구동 할 수 있습니다. 10mA로 구동하려고하지만 해당 전압을 어느 전압에서 정확히 흡수 할지 알지 못합니다 .

— clabacchio

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트랜지스터 는 회로의 핵심이며 기본적으로 전압 제어 전류 싱크입니다. 불행히도, 이것은 비선형 장치 (전압-전류 특성은 직선이 아님)이므로 opamp와 저항은 회로의 기능을 전체적으로 선형화하기 위해 존재합니다.

— 데이브 트위드
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내가 생각하기 때문에,이 트랜지스터 없이도 변환이 수행 될 것이다.

opamp는 전류가 아닌 입력을 기반으로 전압을 설정합니다. 이는 입력을 기반으로 전류를 설정하는 작동 트랜스 컨덕턴스 증폭기 (OTA)가 아니라 회로도 기호의 모양에 의한 정상적인 opamp입니다.

또한 opamp가 싱크 또는 소스 할 수있는 전류의 양은 일반적으로 매우 작기 때문에 MOSFET 회로와 같은 외부 '버퍼'가없는 OTA조차 V-I 범위가 극히 제한되어 있습니다.

그래도 이것이 이해가되지 않는다면 왜 트랜지스터없이 변환이 이루어질 것이라고 생각 하는지 설명하십시오 .

이 방법으로 회로를 생각하십시오. Vin 신호가 0이고, opamp의 출력이 0이고, 이로 인해 MOSFET의 게이트 신호가 0이고, MOSFET이 전도되지 않으며, 그 결과 MOSFET의 반전 입력 신호가 0이라고 가정합니다. .

Vin 신호가 1V로 간다고 가정하십시오. 이제 연산 증폭기 입력간에 1V의 차이가 있습니다. 비 반전 입력이 반전 입력보다 높기 때문에 연산 증폭기 출력이 포지티브 레일쪽으로 선회하기 시작하고 MOSFET이 꺼져 있기 때문에 연산 증폭기는 매우 높은 이득으로 개방 루프입니다. 결국, opamp 출력 전압은 MOSFET의 게이트-소스 임계 값에 도달하여 전도를 시작합니다.

몇 가지 일 중 하나가 지금 일어날 수 있습니다.

MOSFET의 드레인에 대한 페이지 외부 연결이 전압 소스로 연결되면 MOSFET은 게이트 전압의 함수로 MOSFET을 통해 흐르는 전류를 제어하기 시작합니다. MOSFET을 통과하는 전류는 R1에서 전압 강하를 만듭니다. R1 전압은 비 반전 입력으로 피드백되기 때문에 R1 양단의 전압은 피드백입니다. 더 이상 개방 루프가 아닙니다. 시스템은 충분한 opamp 출력 전압이 생성되어 MOSFET을 제어하여 R1을 통해 정확하게 흐르는 전류가 Vin에 동일한 전압 강하를 만들도록 허용하고 Opamp 출력을 Vin (또는 MOSFET 동적)으로 조정하여 평형을 유지합니다 저항) 변화.

오프 페이지 연결이 전압 소스에 연결되어 있지 않으면 R1을 통해 전류가 흐르지 않으며 opamp는 개방 루프로 유지되며 opamp 출력 전압은 가능한 최대 포지티브 출력으로 전달됩니다. MOSFET이 켜져 있지만 아무 것도하지 않습니다.

이 접근 방식의 장점은 작고 상대적으로 약한 연산 증폭기 (드라이브 기능 측면에서)를 사용하여 수십, 수백, 심지어 수천 암페어를 제어 할 수 있다는 것입니다. 이는 MOSFET의 크기와 전력 처리의 문제 일뿐입니다 감지 저항의 기능.

— 아담 로렌스
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(자막 설명과 같이) 전압-전류 변환기입니다. R1 상단의 전압은 (Q4를 통한 소스-드레인 전류) / 100과 같습니다. opamp는 "전압 추종자"모드에서 작동하여 두 입력 단자가 동일한 평형에 도달 할 때까지 출력을 증가시킵니다.

따라서 효과는 가변 전류 싱크 입니다. 이것은 전류가 흐르는 전압과 무관합니다 (이 다이어그램의 오른쪽에서 다른 것까지). opamp는 전압 기반 장치이므로 출력의 저항 네트워크와 동일한 효과를 얻는 것은 매우 어렵습니다.

이 배열은 또한 올인원을 시도하는 것보다 더 큰 MOSFET과 더 약한 증폭기를 허용합니다.

— pjc50
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죄송합니다. MOSFET에 대해 말하면서 원하는 것을 얻지 못했습니까? Vin은 R1을 통해 전류를 설정하지 않습니까?

— damien

Vin 은이를 간접적으로 설정 하지만 Kirchoff의 Law 분석 관점에서 R1을 통한 전류는 MOSFET과 오른쪽에 표시되지 않은 전류 소스에 따라 다릅니다.

— pjc50

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안정성 문제를 포함한이 토폴로지의 분석은이 논문에서 TI에 의해 잘 다루어졌습니다. 연산 증폭기 안정성 5/5 부

완전히 이해하기 위해 이전 부분을 읽는 것이 유용 할 수 있습니다. 그러나 웹에서도 사용할 수 있습니다.

편집 : 내 문서에서 BJT이므로 죄송합니다. 어쨌든 좋은 문서입니다 ...

— 블롭 1980
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