Solución:
Primero tenga en cuenta que la retroalimentación de la salida está conectada a la entrada inversora del amplificador operacional. Eso significa que estamos tratando con retroalimentación negativa y la salida del amplificador operacional se estabilizará cuando la entrada no inversora (1) y la entrada inversora (2) estén al mismo voltaje.
- En el encendido Vfuera es cero como Ven comienza a subir.
- El voltaje en (1) aumentará a Várbitro.
- Dado que la señal de retroalimentación (2) está cerca de cero y el voltaje de referencia (1)> 0, la salida del amplificador operacional (3) comenzará a oscilar hacia el suministro positivo.
- El transistor está cableado como seguidor de emisor, por lo que el voltaje en (4) será V4 = V3 – 0,7 V debido a la caída de voltaje base-emisor.
- El voltaje en (5) aumentará y se retroalimenta a (2).
- Como V2 se acerca mucho a V1 la salida del amplificador operacional comenzará a caer hasta que V2 = V1. En este punto V5 = Várbitro.
Entonces si V5 = Várbitro luego $ V _ { text {out}} = frac {R_1 + R_2} {R_2} V _ { text {ref}} $.
Ha cambiado su esquema a un MOSFET desde que comencé mi respuesta, pero el principio es el mismo.
De los comentarios:
¿Cómo encaja el diodo Zener en esto?
Tenga en cuenta que el diodo Zener apunta hacia el suministro positivo de modo que tiene polarización inversa. Un diodo normal no pasará corriente en modo inverso1 a menos que exceda el voltaje de ruptura inverso en cuyo punto probablemente lo haya destruido.
Los diodos Zener son diseñado para averiarse de manera controlada a un voltaje específico. Todo lo que se requiere es alimentarlo con un voltaje más alto que su voltaje de ruptura con alguna forma de limitación de corriente, R3 en este caso. El voltaje en (1) será razonablemente estable para un amplio rango de voltajes Ven > Várbitro. En la práctica, necesitará un pequeño “margen de maniobra” de al menos un par de voltios.
1 No es del todo cierto. Hay una pequeña fuga de corriente y puede obtener su valor en la hoja de datos.
Entonces … ¿qué trabajo pesado hace MOSFET?
Los amplificadores operacionales suelen tener una capacidad de salida de unas pocas decenas de mA como máximo. La adición de un BJT o MOSFET aumenta la capacidad de corriente de salida. Es como una dirección asistida; el amplificador operacional es la viejita al volante y el transistor es el amplificador hidráulico que mueve la cremallera de dirección.
Si quita el transistor y agrega rieles de alimentación al amplificador operacional y deja que el amplificador operacional controle la resistencia de carga y el divisor de potencial, ¿ve cómo funciona?
Si la respuesta es “si, veo como funciona eso“entonces, agregar un MOSFET (o BJT) como seguidor de fuente (o emisor) es solo un medio para dejar que el transistor haga el trabajo pesado. ¿Lo ve ahora?
Para comprender todo el circuito, debe dividirlo en sus bloques de construcción de subcircuitos y comprender el funcionamiento de cada uno de ellos (este enfoque se aplica a cualquier circuito desconocido; domínelo y aplíquelo en el futuro). Aquí puede reconocer tres de estos subcircuitos: regulador de voltaje pasivo (RD y Z), amplificador no inversor op-amp (amplificador operacional, divisor de voltaje R1 y R2) y poderoso seguidor de la fuente (MOSFET).
Como puede ver, el seguidor de la fuente se coloca en el circuito de retroalimentación del seguidor del amplificador operacional. Con este ingenioso truco, el voltaje Vgs del transistor es compensado por el amplificador operacional que “eleva” su voltaje de salida con este valor. Como resultado, el voltaje de salida es el mismo que en el caso del amplificador no inversor de amplificador operacional ordinario (como si no hubiera un transistor insertado). Esta es una propiedad fundamental de los circuitos de retroalimentación negativa que verá en muchas otras soluciones de circuitos … y puede aplicar en sus proyectos.
Como conclusión, puede pensar en todo el circuito como un amplificador de potencia que amplifica un voltaje constante.