«Идеальный» транзистор на операционном усилителе

Здесь нет большой тайны...

В этой конфигурации операционный усилитель регулирует выходное напряжение в соответствии с разницей между выводами «плюс» и «минус», чтобы попытаться сделать эти входы равными.

Когда это произойдет, вывод должен быть$Vbe$выше любого напряжения на положительном входе.

Таким образом, эта схема будет работать вплоть до нуля вольт. что в этой точке будет база$Vbe$.

Однако попытка снизить напряжение на входе до нуля не сработает, поскольку транзистор не может отводить ток в эмиттер.

Однако:

Эту схему следует использовать с осторожностью. При определенных воздействиях и в зависимости от операционного усилителя он склонен к колебаниям.

Кроме того, имейте в виду, что пусковой ток для этой лампы может быть больше, чем может выдержать транзистор. Измерьте холодное сопротивление лампы, чтобы рассчитать ожидаемый пусковой ток. Использование базового резистора для ограничения тока было бы разумным.

Будьте осторожны с силой здесь тоже. Транзистор должен рассеивать столько же энергии, сколько лампочка при напряжении 6В. Это может потребовать слишком многого от маленького 2N2222. Если вы не знаете количество ватт, измерьте ток через лампочку при подаче на нее 6 В и умножьте на 6.

Добавление последовательного резистора.. ~ 50R 1 Вт над транзистором, чтобы разделить часть сброса мощности и ограничить ток, также может быть разумным здесь.

Внутри транзистора BJT находится диод, он идет от базы к эмиттеру. скажем, что$V_{BE}=0.7\text{ V}$и что это никогда не меняется. Ток, идущий от базы к эмиттеру, усиливается$\beta$и течет от коллектора к эмиттеру.

Когда на лампе 0,1 В, напряжение на базе биполярного транзистора равно:
$0.1+V_{BE}=0.8\text{ V}$

Когда на лампе 1 В, напряжение на базе биполярного транзистора равно:
$1+V_{BE}=1.7\text{ V}$

Может ли операционный усилитель выдавать 0,8 В? Да

Может ли операционный усилитель выдавать 1,7 В? Да

Операционный усилитель сделает все, что в его силах, чтобы$V^-_{input}$к своему$V^+_{input}$, для этого разрешено только изменить его вывод.

Итак, представьте, что$V^+_{input}= 1\text{ V}$и что$V^-_{input} = 0\text{ V}$, это погрешность в 1 В, ОУ имеет разомкнутое усиление в несколько тысяч. Так что представьте себе, что ошибка составляет 100 тысяч. Это положительное значение, поэтому выход операционного усилителя увеличится. Когда выходное напряжение достигает 1,7 В,$V^-_{input}$достигнет 1 В. Ошибка будет равна 0, т.к.$V^+_{input}-V^-_{input}=0$. Это означает, что выход не должен меняться, 1,7 В — хорошее значение.

Как видите, в этой настройке он действительно может работать без каких-либо проблем.

Подумайте об коэффициенте усиления операционного усилителя без обратной связи — самые низкокачественные из них составляют не менее 100 000. Таким образом, если выход не жестко «прикручен» к одной из шин питания, то разница напряжений между +in и -in должна быть тривиально малой, например милливольт. Вот что дает отрицательный отзыв.

Следовательно, напряжение на эмиттере (-in) должно быть (в разумных пределах) таким же, как напряжение на входе +in.

Когда вы пытаетесь это сделать на высоких частотах, естественный разомкнутый контур мармеладного операционного усилителя падает примерно на 20 дБ за декаду примерно с 10 Гц. На частоте 100 кГц фантастическое усиление без обратной связи, наблюдаемое при постоянном токе, упало примерно до 20 дБ или 100:

Думайте об операционном усилителе с отрицательной обратной связью как о такой системе управления:

Вы устанавливаете требуемое положение и измеряете положение двигателя с помощью потенциометра. Затем вы сравниваете потребность с фактическим положением в усилителе ошибки (высокий коэффициент усиления), и результирующий выходной сигнал приводит в действие двигатель, так что ошибка минимизируется.

С таким же успехом вы могли бы закоротить систему вот так:

Связанный вопрос