Эффективны ли операционные усилители в качестве регулятора напряжения?

Присущая эффективность будет такой же, как и у любого другого линейного регулятора, плюс-минус, в зависимости от тока покоя операционного усилителя (может быть от мкА до мА для операционного усилителя, просто находящегося там без нагрузки).

$P_D = (V_{in} - V_{out}) \cdot I_{load} + I_q \cdot V_{in}$

100 мА потребует дорогого операционного усилителя или усилителя на выходе.

Есть еще одна проблема — линейные регуляторы разработаны и рассчитаны на емкостные нагрузки, такие как обходные конденсаторы на все, что вы собираетесь подключать к шине 3,3 В. Если вы подключите операционный усилитель, как показано на вашей схеме, к такой нагрузке, он, вероятно, будет колебаться и / или перерегулирован. Это может повредить вашу нагрузку, и даже если блокировочные конденсаторы убьют кажущиеся колебания, это значительно увеличит энергопотребление вашей схемы. Я предлагаю, если у вас нет особых требований, вы должны использовать стабилизаторы напряжения для регулирования напряжения и операционные усилители для управления сигналами. Не то чтобы такую ​​схему нельзя было компенсировать дополнительными компонентами, чтобы она была стабильной, просто я не вижу смысла.

Операционные усилители обычно не могут обеспечить 100 мА. Но их все еще можно использовать для управления напряжением питания, если вы добавите к их выходу некоторый коэффициент усиления по току. Если вы действительно хотите, чтобы операционный усилитель управлял напряжением питания, которое может обеспечить 100 мА, вот простой способ:

Операционный усилитель по-прежнему выполняет управление и по-прежнему обеспечивает усиление напряжения от Vin до Vout. Однако Q1 обеспечивает большую часть тока Vout. R2 и R3 — это обратная связь по напряжению, а общий коэффициент усиления обратно пропорционален их коэффициенту затухания. В этом примере резисторы R2 и R3 равны, поэтому коэффициент усиления по напряжению от Vin до Vout равен 2.

Вы можете подумать, что все, что вам нужно, это транзистор и R2 и R3, но это может быть нестабильно. Чтобы сделать операционный усилитель стабильным, вы помещаете небольшой колпачок непосредственно между его выходом и инвертирующим входом. Но вам также необходимо, чтобы выход операционного усилителя не загружался напрямую конечной нагрузкой, особенно если эта нагрузка емкостная. Резистор R1 отделяет выход операционного усилителя от нагрузки, чтобы операционный усилитель мог достигать любого желаемого выходного напряжения. Без этого обратная связь по стабильности, обеспечиваемая C1, не будет работать должным образом, и устройство все равно может колебаться.

Лучшее значение C1 трудно предсказать, поэтому начните с чего-то смутно правдоподобного, как я показываю, а затем экспериментируйте. Если его уменьшить, это вызовет нестабильность и приведет к колебаниям. Повышение этого значения ослабит реакцию на переходные нагрузки. Протестируйте, подключив наихудшую нерезистивную нагрузку, которую вы ожидаете, найдите значение C1 именно там, где оно начинает быть нестабильным, а затем удвойте его в реальной цепи.

Однако, отступив в этом случае на пару слоев назад, вам не нужен регулятор напряжения на операционном усилителе, поскольку требуемое напряжение является общепринятым и известным заранее. Существует множество 3-выводных линейных регуляторов, специально разработанных для этой задачи, которые могут выдавать 100 мА. Если можно тратить дополнительную мощность в виде тепла в линейном регуляторе, то это, безусловно, правильный путь в вашем случае. В этом случае вы теряете 7,5 В - 3,3 В = 4,2 В, что на 100 мА равно 420 мВт. Линейный регулятор в корпусе ТО-220 или подобном будет греться, но не потребует радиатора.

Если проблема заключается в эффективности или избавлении от тепла, используйте понижающий регулятор, чтобы сделать питание 3,3 В из существующего источника питания 7,5 В.

Операционные усилители — это линейные устройства, и поэтому они будут такими же (не)эффективными, как и любой другой линейный регулятор.

Ток нагрузки на выходной контакт подается от контактов источника питания операционного усилителя, и любая разница в напряжении между двумя контактами появляется на транзисторах драйвера в выходном каскаде операционного усилителя. Это напряжение, умноженное на ток нагрузки, представляет собой мощность, которая будет рассеиваться в виде тепла внутри операционного усилителя.

Вы не сможете обеспечить 100 мА от всех стандартных операционных усилителей — может быть, 20 мА для большинства и до 50 мА для более специализированных устройств. Есть такие вещи, как мощные операционные усилители, которые могут выдавать усилители, но это специализированные устройства.

Что касается эффективности, мощность, подаваемая на нагрузку, может составлять 3,3 В x 20 мА = 66 мВт, а мощность на операционный усилитель будет составлять 7,5 В x (20 мА + ~ 5 мА для операционного усилителя) = 187,5 мВт.

Ток покоя устройства может составлять 3 мА, повышаясь до 5 мА для создания выходного тока. Есть немного махания руками, но даже если вы проигнорировали любой ток, потребляемый операционным усилителем, у вас все еще есть 7,5 В, питающие его, и 20 мА, подаваемые на нагрузку = 150 мВт.

Если бы вы запускали операционный усилитель от источника питания 5 В, было бы лучше, но помните, что это линейное устройство, которое не похоже на импульсный источник питания — если ваш выходной сигнал составляет 20 мА, эти 20 мА берутся с шин питания операционных усилителей.

Эта схема дает выходное напряжение, как и установлено (максимальная мощность ограничена шинами), но оно больше не будет хорошо регулироваться при более высокой нагрузке. Это также зависит от мощности интересующего операционного усилителя. В настоящее время доступно множество операционных усилителей с большой силой тока (ампер).

Эта схема ни в коем случае не является регулятором напряжения. Он будет колебаться при высокой емкостной нагрузке и не сможет выдержать переходные процессы в линии или нагрузке.