Como esse coletor de corrente constante realmente funciona?

Eu implementei uma fonte atual constante e funciona maravilhosamente, mas eu só estava tentando entender um pouco mais! Aqui está o circuito em questão:

tentei pesquisar na web e achei bastante difícil encontrar coisas teóricas nesse circuito que expliquem o que realmente está acontecendo com tudo. Eu descobri que a corrente através do transistor pode ser encontrada simplesmente usando que era muito mais do que eu sabia antes de começar a procurar. Mas agora eu quero saber o que realmente está acontecendo e como continua sendo uma saída de corrente constante, mesmo com uma carga / tensão variável na carga.

Se alguém pudesse lançar alguma luz sobre isso, eu ficaria muito agradecido.

O circuito emprega feedback negativo e utiliza o ganho muito alto do amplificador operacional. O amplificador operacional tentará manter suas entradas não inversoras e inversoras na mesma tensão devido ao seu ganho muito alto. Então pela lei de Ohm$V_{\text{set}}$

O feedback negativo faz com que o amplificador operacional ajuste a tensão base do transistor, para que seja constante mesmo com uma carga variável. Se a carga variável causar um aumento temporário no conjunto I , a tensão na entrada inversora do amplificador operacional subirá temporariamente acima da entrada não inversora. Isto faz com que a saída do amplificador operacional a redução, o que reduz o transistor V B E e, portanto, o seu I C ≈ eu conjunto .$I_{\text{set}}$$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C} \approx I_{\text{set}}$

Da mesma forma, se a carga variável causar uma diminuição temporária no conjunto , a tensão na entrada inversora do amplificador operacional cairá temporariamente abaixo da entrada não inversora. Isso faz com que a saída do amplificador operacional aumente, o que aumenta os V B E e I C do transistor .$I_{\text{set}}$$V_{BE}$$I_{C}$

O opamp está agindo como um buffer de ganho de unidade, embora possa não ser óbvio:

A regra para os opamps é que a saída faça o que for necessário para manter as duas entradas iguais, desde que elas não se encaixem, é claro (execute seu próprio suprimento e pare aí).

O transistor é usado como um seguidor-emissor, no qual a tensão do emissor segue a tensão-base menos uma queda de diodo em sua junção PN.

Coloque os dois juntos e você verá que a tensão no topo do Rset é a mesma do Vset. A tensão conhecida através de uma resistência conhecida é igual à corrente conhecida através dessa resistência. Na maioria dos transistores, a contribuição da base para a corrente do emissor é desprezível, de modo que você também obtém praticamente a mesma corrente através da carga, independentemente da tensão ou resistência de alimentação. Mas se você o estiver usando para um design sério, não faria mal verificar essa negligência com suas peças específicas.

O jeito que eu gosto de visualizá-lo é considerar o transistor como um resistor variável que o opamp ajusta automaticamente para manter a tensão na entrada do opamp igual à tensão em sua entrada.

Dessa forma, como a corrente em um circuito em série é a mesma em todos os lugares, a corrente na carga, a junção CE do transistor e o Rset devem ser os mesmos e, se a tensão no topo do Rset nunca mudar, porque o opamp o força igual para Vset, sua corrente nunca muda e a corrente através da carga também não pode.

Outra abordagem é modelar o amplificador operacional como um grande ganho finito e os limites de tomada.

$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} }$

Outra maneira simples, mas precisa de ver isso, é usar a teoria do feedback:

$V_x$

$V_{\text{be}}$

$V_o$

ou:

Então, reorganizando, obtemos:

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

Portanto:

No entanto, escrevemos acima que:

$V_o$

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

Minha resposta provavelmente é mais do que você esperava, mas se você estiver curioso, apreciará o esforço que eu coloco nela.

$V_{+} - V_{-}$$A_{v}$$V_{o} = A_{v} * ( V_{+} - V_{-} )$$V_{+}$$V_{-}$$V_{o}$é muito, muito menor (essa diferença de voltagem é, para todos os efeitos, aproximadamente zero volts).

$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}$