Batería y virtual sobre el suelo

Question

Tengo una batería de 24V y estoy tratando de obtener un virtual sobre el suelo de la misma. El 90% de los circuitos que he encontrado se limitan a un amplificador operacional, que tiene muy baja corriente de drenador. Estoy tratando de agregar un par de transistores en configuración push-pull, pero mi simulaciones están fallando y no tengo idea de por qué. Agradecería mucho si alguien me pudiera ayudar con esto.

Tan lejos, tan bueno. Estoy simulando el escenario en el que no tengo nada conectado entre -V a 0, y con una alta carga conectada de 0 a V+. Estoy teniendo 10.8 V en RL y eso es genial. Pero, cuando me pruebe el escenario en el que no tengo nada conectado de 0 a V+, y mi carga es entre V y de 0, me da 0V en mi resistencia de la carga.

Yo pensaba que, en este segundo caso, el opamp proporcionaría una pequeña corriente de base para el transistor Q1, el cual luego de conducir una corriente mayor de la V+ línea y alimentación de la resistencia de carga. No parece funcionar de esta manera, sin embargo. Por favor, podría alguien aclararme o darme algunos consejos?

Answer 1

El problema es que su señal de retroalimentación es tomada desde el lugar equivocado.

Figura 1. Corregido bucle de retroalimentación. (Rojo = eliminar, verde = añadir).

En el diseño original de la señal de retroalimentación es el control de la salida del opamp pero no tiene idea de lo que está sucediendo en la carga, que es donde importa. Si el circuito está funcionando el voltaje en RL2 sería el mismo que en el pin 3. Yo creo que si se mida usted encontrará que es por 0.7, el emisor-base de la caída de tensión de la Q2.

En su lugar, tomar la retroalimentación a partir de la unión de Q1 y Q2 los emisores. El opamp ahora correcto hasta que punto está al mismo potencial que el pin 3.

Tenga en cuenta que esta disposición puede ser problemático en algunas situaciones (push-pull amplificadores de audio, por ejemplo, porque el cambiar de abastecimiento de corriente de base de Q1 a hundimiento de la base actual de la Q2, el amplificador operacional tiene que de repente modificador de +0,7 V a -0.7 V. Para resolver este un arreglo de polarización se utiliza para pasar algunos "corriente de reposo" para mantener a ambos transistores ligeramente en cerca de este punto. No importa en que de la aplicación.

Answer 2

Se está fallando en la simulación debido a que utiliza un comparador en lugar de un op-amp.

El comparador no es la unidad de ganancia estable y tiene un colector abierto salida, lo que significa que no puede suministrar la corriente y si no pudiera, lo haría oscilar.

El uso de un op-amp como un LM358, y funcionará, pero sería mejor para la retroalimentación de la salida (transistor emisores) en lugar de la salida del amplificador operacional. Hay poco peligro de la inestabilidad, a menos que usted tiene una gran capacitancia de la carga, debido a que los transistores no tienen ganancia de voltaje.

Answer 3

Un serio problema en su ejemplo, que no había proporcionado ninguna de polarización para su BJTs. Cada uno de ellos necesita un \$V_{be}\$ a operar en su región activa y la vinculación de las bases juntos significa que no va a suceder. Sus emisores son, a continuación, sólo en su mayoría "flotante." Así que usted necesita para empezar a salir por proporcionar razonable de polarización.

Una manera muy barata de hacer esto es a jack las bases de distancia mediante el uso de dos diodos que están en diagonal hacia adelante y operativo. ('La esperanza", por ahora, que los dos diodos de proporcionar una diferencia suficiente para proporcionar esa polarización.) Un resistor puede proporcionar los diodos con algunos de los actuales. Pero se necesitan dos en este caso, para poner los diodos aproximadamente en el punto medio, y también para que ambas bases no están vinculados a sus coleccionistas. Los dos resistencias, en mi primer ejemplo de estos son \$R_3\$\$R_4\$, debe ser el mismo valor para hacer eso.

Usted necesita para asegurarse de que hay suficiente corriente que fluye a través de la \$R_3\$, \$D_1\$, \$D_2\$, \$R_4\$ cadena, de manera que desviar parte de la unidad de \$Q_1\$ o \$Q_2\$ no perturbar el punto a mitad de camino demasiado. En parte, esto se soluciona haciendo \ $R_3\$ \ $R_4\$ lo suficientemente baja. En parte, esto se resuelve en este primer circuito mediante la adición de \$C_1\$\$C_2\$, para ayudar a estabilizar para los cambios dependientes del tiempo. (En el segundo circuito, el opamp hace esa tarea.) Los valores que me dieron para los condensadores es sólo una conjetura. Un diseño real que habría de venir para arriba con una manera de cuantificar los mejores. Lo mismo es cierto para \$R_3\$\$R_4\$, que por supuesto hacer deben ser diseñadas con el máximo de BJT base de las corrientes en la mente.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

El de arriba esquemático también incluye algunas resistencias de emisor. Ayudan a fijar y estabilizar la corriente de reposo, para permitir que algunos de detección de corriente para la protección contra sobrecarga, y para ayudar a evitar la aceleración térmica. La discusión se presenta complejo, aunque, debido a que se empieza a discutir sobre los temas de lo importante que es (o no) la corriente de reposo es en realidad y, finalmente, llega a darse cuenta de que es más acerca de la tensión a través de la \$V_{be}\$ y/o emisor de resistencia. El enfoque, a continuación, obtiene el óptimo punto de cruce. Y, francamente, creo que no quiero entrar en todo esto aquí. Así que permítanme decir que se puede "jugar" con los valores un poco y ver lo que funciona para usted. Acaba de poner algo en su circuito, por lo que puedes jugar con los valores. Usted no quiere que baje demasiado la tensión. Pero algunos. Tal vez trate de algo que está entre un 2 y un factor de más de 10 \$\frac{kT}{q}\$ voltaje de unos 26-30mV como un punto de partida?

Independientemente, si has hecho algún alojamiento para aquellos emisor de resistencias, siempre puedes breve. Puede ser buena para usted para hacer eso. Pero al menos tienes un lugar para ir a curar a algunos observó 'problema' si deja un poco de espacio para ellos aquí. Mi valor de 10\$\Omega\$ no obtiene ningún pensamiento de mí.

Ahora para el opamp caso.

^{simular este circuito}

Añadir en el opamp permite zanjar las dos anteriores condensadores (utilizado por algunos dinámico de estabilidad.) Se ocupará de los cambios dinámicos en la carga y hacer ajustes para hacer frente con transistor de la base de carga de las variaciones. En este caso, usted quiere que su retroalimentación negativa a venir de la real nodo que se desea bajo control. Esta es su VGND nodo. Usted no desea controlar el centro de voltaje de los dos diodos. Usted quiere controlar su VGND y dejar que el amplificador operacional de la figura hacia fuera el resto para usted. Así que aquí es donde su retroalimentación negativa viene. El positivo nodo va a un divisor de tensión. Desea que las resistencias para que se acerque a la misma valor como usted puede manejar, claramente. Acabo de utilizar 10k porque usted lo hizo y no es un mal valor de uso.

También, usted puede conectar la salida del amplificador operacional a la \$Q_2\$ de la base en su lugar, o la \$Q_1\$ de la base en su lugar. O en el medio de los dos diodos, como se muestra. Realmente no importa aquí, ya que tres de los nodos que están dentro del rango de voltaje de salida del amplificador operacional y los diodos sólo "de la pila." Así que no es importante. He utilizado el punto medio de los diodos, ya que se ve más como el primer esquema. (Debido a la experiencia pasada, yo podría elegir la base de \$Q_2\$ solo porque me recuerda a más de donde la VAS controles de las cosas más habituales amplificador de audio.)

Usted puede considerar un \$V_{be}\$ multiplicador entre las bases en lugar de dos diodos, como se muestra, de modo que usted puede ajustar la tensión entre las bases para un óptimo funcionamiento. Estos se construyen a partir de un BJT y algunas resistencias y permiten jugar con la polarización de la propagación de entre las bases de \$Q_1\$\$Q_2\$. Los diodos como se muestra podría no ser suficiente, aunque por lo general están bien. Pero diodos diferentes se comportan de manera diferente y es teóricamente posible (mientras típicos de coeficientes de emisión de diodos vs BJTs hace de este raro) que te gustaría elegir los diodos que no llegar a donde quería.

No voy a insistir sobre que a menos que presente un diagrama de lo que uno podría parecerse a:

^{simular este circuito}

Lo anterior, comprende \$R_7\$, \$R_8\$, \$R_9\$, y \$Q_3\$, reemplaza los diodos. Los valores mostrados para \$R_7\$, \$R_8\$, y \$R_9\$ están completamente de sentido, en el ejemplo. Usted realmente necesita para calcular. Pero \ $R_8\$ \ $R_9\$ establecer el voltaje de propagación y \$R_7\$ compensa el efecto Temprano en \$Q_3\$. Me podría decir cómo calcular todo eso, pero a menos que usted realmente necesita para ir allí, voy a sostener a corto.

[Edit: También, ct puede ser importante. El \ $V_{be}\$ \ $Q_1\$ \ $Q_2\$ cambia mucho con la temperatura (no es raro cerca de \$\frac{-2.2mV\pm 0.2mV}{^\circ C}\$ después de todo está dicho y hecho con tanto Ebers-Moll y \$I_s\$ tempcos.) Así que el trabajo va a obtener algún tipo de polarización que intenta mantener la corriente de reposo de menos dependiente de la temperatura. Esto puede implicar la unión térmica de los diodos, o de lo contrario el \$V_{be}\$'s multiplicador BJT, a \$Q_1\$\$Q_2\$. Exacto estrategias abundan.]

La salida del opamp probablemente se establece en el nodo donde se encuentra la base de \$Q_2\$, se encuentra, como se muestra.

(También se puede simplemente ir a comprar un TLE2426.)

Answer 4

Escribir usted está satisfecho con 10.8 V cuando la corriente del positivo de ferrocarril. Usted no debe. Usted espera de 12V, como el virtual suelo está justo en el medio. La diferencia proviene de la base de voltaje del emisor de Q1. Esto puede ser compensada mediante la derivación de la retroalimentación desde un punto diferente, como un Transistor, ha señalado. Con su modificación, conseguiría 12V de la carga.

Pero esto no resuelve la pregunta de su pregunta: ¿por Qué no trabajar en absoluto al dibujo actual a partir de la negativa de ferrocarril. La respuesta es que no funciona porque no se utiliza un amplificador operacional. El LM293 es un comparador con drenaje abierto de salida. Se hunde actual, pero no de origen. Reemplácelo con un verdadero amplificador operacional, como el TL081 que se ha mencionado en otra respuesta, y sus problemas se han ido.

Si usted también desea la buena dinámica que funciona, usted también tendrá que desviar el transistor de las bases como se muestra en los esquemas de Jonk.

Edit: me escribió 12V porque he descuidado la protección de diodo D3. Teniendo en cuenta que sólo se puede esperar 11.7 V de curso.

Answer 5

¿Qué acerca de algo como esto? Este circuito utiliza sólo 1 transistor. Virtual suelo va a ser en el colector.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

ACTUALIZACIÓN:

Depende de qué es exactamente lo que desea lograr. Si usted desea hacer ±12V fuente de batería de 24V, y desea cargar aproximadamente igual cargas en ambos carriles (digamos que usted quiere tener ~1A de carga en el rail +12V, y ~1A de carga de en -12V) será suficiente.

Pero si usted quiere tener muy diferentes cargas sobre los rieles, que la diferencia tendrá que ser disipada en el transistor. Digamos que usted quiere cargar 1A de +12V y 1mA de -12V, que transistor tendrá que disipar 12W de calor! En ese caso sería tal vez mejor hacer algunos de conmutación de la fuente en lugar de este simple transistor-sólo basado en la solución.