Preciso analisar um esquema e estou tendo problemas com esta parte:
O problema é que não recebo a utilidade do MOSFET de canal N na saída do amplificador operacional. Alguém poderia explicar o objetivo deste componente?
Porque eu acho que a conversão seria feita mesmo sem esse transistor.
Respostas:
Este circuito converte uma tensão em uma corrente, como você pode ver na função de transferência.
O transistor não é relevante no cálculo da corrente de saída, que depende apenas da tensão de entrada e R1.
Do circuito, você pode encontrar o seguinte:
Mas se o Opamp estiver na região de alto ganho, você também terá (idealmente):
Portanto, você pode comparar o termo certo de ambas as equações e obter:
I O U T = V i n
O transistor destina-se a acionar a corrente de saída dependendo da tensão do portão. Pense da seguinte maneira: o Opamp fará o necessário para tornar sua entrada igual e isso fornecerá uma tensão simplesmente para que R1 * Iout seja igual a Vin. A relação entre Iout e Vo (opamp) será definida pelo transistor.
Portanto, o transistor executará a conversão VI real , criando um loop de feedback com o amplificador operacional.
O transistor é o coração do circuito, é fundamentalmente um coletor de corrente controlado por tensão. Infelizmente, é um dispositivo não linear (a característica de tensão para corrente não é uma linha reta); portanto, o opamp e o resistor existem para linearizar a função geral do circuito.
Porque eu acho que a conversão seria feita mesmo sem esse transistor.
O opamp definirá uma tensão com base nas entradas, não na corrente - é um opamp normal pela aparência do símbolo esquemático, não por um amplificador operacional de transcondutância (OTA) que definiria uma corrente com base nas entradas.
Além disso, a quantidade de corrente que um opamp pode afundar ou fonte geralmente é muito pequena, portanto, mesmo um OTA sem um 'buffer' externo como o circuito MOSFET teria um alcance V-I extremamente limitado.
Se isso ainda não faz sentido para você, explique por que você acha que a conversão seria feita sem um transistor.
Pense no circuito dessa maneira. Suponha que o seu sinal Vin seja zero, a saída do opamp seja zero e, por isso, o sinal no portão do MOSFET é zero, o MOSFET não está conduzindo e, posteriormente, o sinal na entrada inversora do MOSFET é zero .
Suponha que o sinal Vin vá para 1V. Agora existe uma diferença de 1V entre as entradas do amplificador operacional. A saída do opamp começará a girar em direção ao trilho positivo, pois a entrada não inversora é maior que a entrada inversora e, como o MOSFET está desligado, o opamp é de circuito aberto com ganho extremamente alto. Eventualmente, a tensão de saída do opamp atingirá o limite de porta à fonte do MOSFET e começará a ser conduzida.
Uma das poucas coisas pode acontecer agora.
Se a conexão fora da página ao dreno do MOSFET for para uma fonte de tensão, o MOSFET começará a controlar a corrente que flui através dele como uma função da tensão do portão. A corrente através do MOSFET cria uma queda de tensão no R1. A tensão através de R1 é o feedback - não somos mais circuito aberto - já que a tensão R1 é devolvida à entrada não inversora. O sistema alcançará o equilíbrio quando for gerada tensão de saída de opamp suficiente para controlar o MOSFET para permitir que a corrente flua através de R1 para criar uma queda de tensão idêntica a Vin e manterá o equilíbrio ajustando a saída de opamp como Vin (ou a dinâmica do MOSFET resistência) muda.
Se a conexão fora da página não estiver conectada a uma fonte de tensão, nenhuma corrente fluirá através de R1, o opamp permanecerá em loop aberto e a tensão de saída do opamp será conectada à sua máxima saída positiva possível. O MOSFET estará ativado, mas não fará nada.
A vantagem dessa abordagem é que um opamp pequeno e relativamente 'fraco' (em termos de capacidade do inversor) pode ser usado para controlar dezenas, centenas e até milhares de amperes - é apenas uma questão de tamanho do MOSFET e do manuseio de energia capacidade do resistor sensor.
É (como a legenda explica) um conversor de tensão em corrente. A tensão na parte superior de R1 é igual a (corrente de drenagem da fonte até Q4) / 100. O opamp operará no modo "seguidor de tensão", aumentando sua saída até atingir um equilíbrio com seus dois terminais de entrada iguais.
Portanto, o efeito é um coletor de corrente variável . Isso é independente da tensão na qual essa corrente está fluindo (de algo à direita deste diagrama). Dado que os opamps são dispositivos baseados em voltagem, é muito difícil obter o mesmo efeito apenas com uma rede de resistores na saída.
Esse arranjo também permite um MOSFET maior e um amplificador mais fraco do que tentar fazer tudo em um.
A análise dessa topologia, incluindo questões de estabilidade, é muito bem abordada neste documento pela TI. Estabilidade operacional do amplificador, parte 5 de 15
Pode ser útil ler as partes anteriores para entender completamente. Mas eles também estão disponíveis na web.
EDIT: desculpe, é um BJT no meu documento. Mas enfim, é um bom documento ...