Piiri käyttää negatiivista palautetta ja käyttää op-vahvistimen erittäin suurta vahvistusta. Op-vahvistin yrittää pitää ei-käänteiset ja käänteiset tulonsa samalla jännitteellä \ $ V _ {\ text {set}} \ $ erittäin suuren vahvistuksensa vuoksi. Sitten Ohmin lailla

$$ I _ {\ text {set}} = \ frac {V _ {\ text {set}}} {R _ {\ text {set}}} $$

Negatiivinen palaute saa op-vahvistimen säätämään transistorin perusjännitettä siten, että \ $ I _ {\ text {set}} \ $ on vakio myös vaihtelevalla kuormituksella. Jos vaihteleva kuormitus aiheuttaa tilapäisen kasvun \ $ I _ {\ text {set}} \ $, jännite op-vahvistimen käänteistulossa nousee väliaikaisesti ei-invertoivan tulon yläpuolelle. Tämän seurauksena op-vahvistimen lähtö vähenee, mikä alentaa transistorin \ $ V_ {BE} \ $ ja siten sen \ $ I_ {C} \ noin I _ {\ teksti {set}} \ $.

Vastaavasti, jos vaihteleva kuormitus aiheuttaa tilapäisen laskun \ $ I _ {\ text {set}} \ $, jännite op-vahvistimen käänteistulossa laskee väliaikaisesti ei-invertoivan tulon alapuolelle. Tämän seurauksena op-vahvistimen lähtö kasvaa, mikä lisää transistorin \ $ V_ {BE} \ $ ja \ $ I_ {C} \ $.

Opamp toimii yhtenäisyyden vahvistamispuskurina, vaikkakaan se ei välttämättä ole ilmeistä:

Opampeille on sääntö, että lähtö tekee kaiken mitä pitää pitääkseen molemmat tulot samoina, edellyttäen että se ei tietenkään leikkaa (juokse omaan syöttöönsä ja pysähtyy siinä).

Transistoria käytetään emitterien seuraajana, jossa emitterijännite seuraa kantajännitettä miinus diodipudotus sen PN-liitos.

Laita nämä kaksi yhteen ja näet, että Rsetin yläosassa oleva jännite on sama kuin Vset. Tunnettu jännite tunnetun vastuksen yli on sama kuin tunnetun virran tämän vastuksen kautta. Useimmissa transistoreissa tukiaseman vaikutus emitterivirtaan on vähäinen, joten myös kuorman kautta saat käytännössä saman virran riippumatta sen syöttöjännitteestä tai vastuksesta. Mutta jos käytät sitä vakavaan suunnitteluun, ei olisi haittaa vahvistaa tämä vähäpätöisyys omilla osillasi.

Tapa, jolla haluan visualisoida, on pitää transistoria muuttuvana vastuksena, jota opamp säätää automaattisesti pitääkseen jännitteen opampin tulossa - yhtä suuri kuin sen + tulon jännite.

Tällä tavoin, koska sarjapiirin virta on kaikkialla sama, kuorman, transistorin CE-liitoksen ja Rsetin virran on oltava samat ja, jos Rsetin yläosassa oleva jännite ei koskaan muuttuu, koska opamp pakottaa sen yhtä suureksi kuin Vset, sen virta ei koskaan muutu eikä kuorman läpi kulkeva virta myöskään.

Toinen tapa on mallintaa op-vahvistin suurena äärellisenä vahvistuksena ja ottorajoina.

Tämä antaa op-vahvistimen ulostuloksi \ $ K (v_ \ text {set} -I_ \ text { lataa} R_ \ text {set}) \ $ josta meillä on \ $ K (V_ \ text {set} -I_ \ text {load} R_ \ text {set}) = I_ \ text {lataa} R_ \ text { aseta} + 0,7 \ $. Jakamalla \ $ K \ $: lla ja antamalla \ $ K \: lle \ infty \ $ saadaan haluttu tulos, \ $ I_ \ text {load} = {V_ \ text {set} \ over R_ \ text {set}} \ $.

Toinen, yksinkertainen, mutta tarkka tapa nähdä tämä on palauteteorian käyttäminen:

Op Amp -lähtö on yksinkertaisesti Op Amp: n vahvistus (A) kertaa tulojen jännitteen ero. Jos kutsumme vastuksen jännitteen \ $ V_x \ $ (koska emme vielä tiedä mikä se on), niin Op-vahvistimen lähtö on yksinkertaisesti:

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

Nyt tiedämme, että kun transistori on päällä, tukiasema-emitteriliitoksen yli on vakiona jännite, \ $ V _ {\ text {be}} \ $, joten voimme kirjoittaa:

$$ V_x = V_o - V _ {\ text {be}} $$

Korvaa tämä \ \ V \ \ \ Saamme $ -yhtälön:

$$ V_o = A \ cdot (V _ {\ text {set}} - (V_o - V _ {\ text {be}})) = A \ cdot (V _ {\ teksti {set}} + V _ {\ text {be}}) - A \ cdot V_o $$

tai:

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

Joten järjestelemme uudelleen:

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

Nyt tiedämme, että op-vahvistimella A on hyvin suuri, joten kun A kasvaa kohti ääretöntä, voimme nähdä, että \ $ \ frac {A} {A + 1} \ $ menee kohti yhtenäisyyttä:

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

Näin:

$$ V_o = V _ {\ text {set}} + V _ {\ text {be}} $$

Kirjoitimme kuitenkin edellä:

$$ V_x = V_o-V _ {\ teksti {be}} $$

Korvaamalla tämä lauseke \ $ V_o \ $ yllä saamme:

$$ V_x = (V _ {\ text {set}} + V_ { be}) - V _ {\ text {be}} \ $ tai \ $ V_x = V _ {\ text {set}} $$

Ja tietysti \ $ I _ {\ text {set}} = \ frac {V _ {\ text {set}}} {R _ {\ text {set}}} \ $, jotka tiesit jo.

Vastaukseni on todennäköisesti enemmän kuin neuvoteltu, mutta jos olet utelias, arvostat siihen tekemääni vaivaa.

Tyypillisen OP AMP: n avoimen silmukan vahvistus on vähintään 100 000 (erittäin korkea). Sen lähtö ottaa syötteiden eron (\ $ V _ {+} - V _ {-} \ $) ja kertoo ne vahvistuksellaan \ $ A_ {v} \ $. \ $ V_ {o} = A_ {v} * (V _ {+} - V _ {-}) \ $. Täällä \ $ V _ {+} \ $ = ei-käänteinen tulo ja \ $ V _ {-} \ $ = käänteinen tulo. Olettaen, että op-vahvistimen lähtö on vain muutama volttia, niin tulojännitteen erojännite on 1/100 000 lähtöä. Tämä ero voi olla muutama mikrovolttia, mikä verrattuna \ $ V_ {o} \ $ on paljon, paljon pienempi (tämä erojännite on kaikilla tarkoituksilla suunnilleen nolla volttia).

Suljetussa silmukan kokoonpanon, kuten tämän, \ $ V _ {+} \ $ sanotaan olevan käytännössä sama kuin \ $ V _ {-} \ $. Koska, \ $ V _ {+} = V_ {set} \ $ ja koska syöttöjännitteen ero on "nolla", \ $ V _ {-} = V_ {set} \ $. \ $ V _ {-} \ $ on kytketty \ $ R_ {set} \ $: n yläosaan ja bipolaarisen transistorin emitteriin, joten \ $ V_ {set} \ $ näkyy myös \ $ R_ {set} \ $ . Joten \ $ V_ {set} \ $ ohjaa Isetin suuruutta läpi \ $ R_ {set} \ $ ja piirin negatiivisen takaisinkytkentäjärjestelyn avulla op-amp tuottaa mitä tahansa perusvirtaa, jota transistori tarvitsee ylläpitää \ $ V_ {set} \ $ lähteessään.

Transistorilla itsessään on vahvistus (tyypillinen vahvistus = \ $ {I_ {collector} \ over I_ {base}} > 40 \ $ tehotransistorille). Oletetaan, että \ $ I_ {emitter} \ sim I_ {collector} \ $.

Huomaa, että op-vahvistimen toimittama perusvirta tulee op-vahvistimen + V-syötteestä (ei esitetty kaaviossa) eikä \ $ V_ {set} \ $, joka "näkee" ei-suurten impedanssien käänteinen tulo (\ $ Z_ {in} \ $ joko (+) tai (-) op-vahvistintuloon on erittäin korkea, tyypillisesti megaohmi tai suurempi). \ $ V_ {set} \ $ ei tarvitse olla paljon asemakapasiteettia, koska sen kuormitus, \ $ V _ {+} \ $ -tulo, ei vaadi olennaisesti merkittävää virtaa. Jos \ $ V_ {supply} \ $ (kollektorivastuksen yläpuolella) vaihtelee tai kollektorivastuksen arvo vaihtelee, \ $ I_ {load} \ $ pysyy muuttumattomana, jos \ $ V_ {supply} \ $ ja \ $ R_ {collector} \ $ ei mene piirin toimintarajojen ulkopuolelle.

Mieti mitä tapahtuu, kun \ $ V_ {supply} \ $ laskee. Palaute saa op-vahvistimen lähdön lisäämään transistorin perusvirtaa, joten se johtaa enemmän ja laskee \ $ V_ {CE} \ $ -arvoa ylläpitääkseen saman jännitehäviön \ $ R_ {keräilijän} \ $ yli pitämään \ $ I_ { } \ $ vakio. Jossain vaiheessa transistori on täysin päällä (kylläisyys on parasta, mitä se voi tehdä \ $ V_ {CE (päällä)} ~ 0,3 V \ $). \ $ V_ {supply} \ $: n laskeminen edelleen johtaa \ $ I_ {load} \ $: n vähenemiseen negatiivisesta palautteesta huolimatta. \ $ V_ {supply} \ $ -jännitettä ei enää ole tarpeeksi pitämään \ $ I_ {load} \ $ vakiona eikä piiri enää toimi tarkoitetulla tavalla. Jos \ $ V_ {supply} \ $ kasvaa, op-vahvistin ajaa vähemmän perusvirtaa transistoriin, joka johtaa vähemmän ja nostaa \ $ V_ {CE} \ $, jotta ylläpidetään sama jännitehäviö \ $ R_ {collector} \ $ pitääkseen \ $ I_ {load} \ $ vakiona. Tulee piste, joka ylittää transistorin \ $ V_ {CE} \ $ -luokituksen tai sen teholuokituksen (\ $ I_ {load} \ $ voi olla vakio, mutta \ $ V_ {CE} \ $ x \ $ I_ {load} \ $ kasvaa) ja se epäonnistuu. Mitä tapahtuu, jos \ $ R_ {collector} \ $ vaihtelee, kun \ $ V_ {supply} \ $ on rajoissa? Jos \ $ R_ {collector} \ $ -resistanssi kasvaa, op-vahvistin saa transistorin johtamaan enemmän vähentämällä sen \ $ V_ {CE} \ $ -arvoa, jotta jännitehäviö kasvaa \ $ R_ {collector} \ $: n pitämiseksi \ $ I_ {load} \ $ vakio. Lopulta transistori on täysin päällä (kylläinen) ja kun \ $ R_ {collector} \ $ -vastus kasvaa edelleen, \ $ I_ {load} \ $ alkaa laskea, koska piiri ei voi jatkaa jännitteen pudotuksen kasvattamista \ $ R_ {-keräimen yli } \ $ (\ $ V_ {syöttö} \ $ -jännite ei ole tarpeeksi korkea tämän saavuttamiseksi).

Jos \ $ R_ {collector} \ $ -resistanssi laskee kohti nollaa, op-vahvistin laskee perusvirtaa ja transistori johtaa vähemmän vähentääkseen jännitteen alenemista \ $ R_ {collector} \ $ -yksikössä ylläpitääkseen \ $ I_ { load} \ $ vakio ja sen \ $ V_ {CE} \ $ kasvaa. Transistori haihtaa enemmän virtaa, koska sen jännitehäviö on suurempi (\ $ V_ {syöttö} - V_ {sarja} \ $, jos \ $ R_ {keräilijä} = 0 ohm \ $). Jos se ei pysty käsittelemään suurempaa tehoa, se epäonnistuu. Voi tuntua oudolta, että vähemmän johtava transistori hukuttaa enemmän tehoa, mutta tämä johtuu siitä, että se toimii aktiivisella alueella, jossa sekä Ic (normaalisti vakio) että \ $ V_ {CE} \ $ ovat merkittäviä ja niiden tuote (transistorin hajauttama teho) lämmön muodossa) on selvästi yli nollan. Täysin päällä oleva (kylläinen) transistori toimii pienemmällä tehohäviöllä, koska sen \ $ V_ {CE (päällä)} \ $ on hyvin alhainen samalla vakiovirralla.

Lopuksi, tämä piiri toimii jatkuva virran nielu, mutta vain tietyissä \ $ V_ {supply} \ $, \ $ R_ {collector} \ $ ja transistorin tehorajoissa. Nämä käyttörajat on myös otettava huomioon suunnittelussa.