Proiectați un circuit simplu de scufundare a curentului constant folosind op

Sursa de curent și chiuveta de curent sunt doi termeni principali utilizați în proiectarea electronică, acești doi termeni dictând cât de mult curent poate părăsi sau intra într-un terminal. De exemplu, curentul de sursă și sursa unui pin tipic de ieșire digitală 8051 Microcontroler este de 1,6 mA și respectiv 60 uA. Adică pinul poate livra (sursă) până la 60uA când este ridicat și poate primi (scufunda) până la 1,6mA când este redus. În timpul proiectării circuitului nostru, uneori trebuie să construim propriile noastre surse de curent și circuite de scufundare de curent. În tutorialul anterior, am construit un circuit de sursă de curent controlat de tensiune folosind op-amp și MOSFET obișnuit, care pot fi utilizate pentru alimentarea curentului la o sarcină, dar în unele cazuri, în loc de curentul de aprovizionare, vom avea nevoie de o opțiune de scurgere a curentului.

Prin urmare, în acest tutorial, vom învăța cum să construim un circuit de scufundare de curent constant controlat de tensiune. Un circuit de scufundare cu curent constant controlat de tensiune, așa cum sugerează și numele, controlează cantitatea de curent scufundată prin acesta pe baza tensiunii aplicate. Înainte de a continua cu construcția circuitului, să înțelegem circuitul de scufundare a curentului constant.

Ce este un circuit de scufundare cu curent constant?

Un circuit de scufundare a curentului constant scufundă curentul, indiferent de rezistența la sarcină, atâta timp cât tensiunea de intrare nu este modificată. Pentru un circuit cu rezistență de 1 ohm, alimentat utilizând o intrare de 1V, curentul constant este 1A conform legii lui Ohms. Dar, dacă legea lui Ohms decide cât curent curge printr-un circuit, atunci de ce avem nevoie de o sursă de curent constantă și un circuit de scufundare de curent?

După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, un circuit sursă de curent furnizează curent pentru a conduce sarcina. Cantitatea de sarcină curentă primită va fi decisă de circuitul sursei de curent, deoarece acționează ca o sursă de alimentare. În mod similar, circuitul de scufundare curent acționează ca o masă, iar cantitatea de curent pe care o primește sarcina va fi controlată de circuitul de scufundare curent. Principala diferență este că circuitul sursă are la sursă (alimentare) suficient curent la sarcină, în timp ce circuitul chiuvetei trebuie să limiteze doar curentul prin circuit.

Chiuveta de curent controlată de tensiune folosind Op-Amp

Circuitul de scufundare cu curent constant controlat de tensiune funcționează exact în același mod ca circuitul sursei de curent controlat de tensiune pe care l-am construit mai devreme.

Pentru un circuit de scufundare curent, conexiunea op-amp este modificată, adică intrarea negativă este conectată la un rezistor de șunt. Aceasta va oferi feedback-ul negativ necesar amplificatorului op. Apoi avem un tranzistor PNP, care este conectat la ieșirea amplificatorului op, astfel încât pinul de ieșire op-amp să poată conduce tranzistorul PNP. Acum, amintiți-vă întotdeauna că un Op-Amp va încerca să facă tensiunea la ambele intrări (pozitivă și negativă) egală.

Să presupunem că intrarea de 1V este dată pe intrarea pozitivă a amplificatorului op. Amplificatorul Op va încerca acum să facă cealaltă intrare negativă, de asemenea, ca 1V. Dar cum se poate face acest lucru? Ieșirea amplificatorului opțional va porni tranzistorul într-un mod în care cealaltă intrare va obține 1V din Vsupply.

Rezistorul de șunt va produce o tensiune de cădere conform legii lui Ohms, V = IR. Prin urmare, 1A de curent de curent prin tranzistor va crea o tensiune de cădere de 1V. Tranzistorul PNP va scădea acest 1A de curent, iar amplificatorul operațional va folosi această cădere de tensiune și va obține feedbackul dorit de 1V. În acest fel, modificarea tensiunii de intrare va controla baza, precum și curentul prin rezistența de șunt. Acum, să introducem sarcina care trebuie controlată în circuitul nostru.

După cum puteți vedea, am proiectat deja circuite de scufundare cu curent controlat de tensiune folosind Op-Amp. Dar pentru o demonstrație practică, în loc să folosim un RPS pentru a oferi tensiune variabilă lui Vin, să folosim un potențiometru. Știm deja că potențiometrul prezentat mai jos funcționează ca un divizor de potențial pentru a furniza o tensiune variabilă între 0V și Vsupply (+).

Acum, să construim circuitul și să verificăm cum funcționează.

Constructie

La fel ca și tutorialul anterior, vom folosi LM358 deoarece este foarte ieftin, ușor de găsit și disponibil pe scară largă. Cu toate acestea, are două canale op-amp într-un singur pachet, dar avem nevoie doar de unul. Am construit anterior mai multe circuite bazate pe LM358 pe care le puteți verifica. Imaginea de mai jos este o prezentare generală a diagramei cu pini LM358.

Apoi, avem nevoie de un tranzistor PNP, BD140 este utilizat în acest scop. Vor funcționa și alte tranzistoare, dar disiparea căldurii este o problemă. Prin urmare, pachetul Transistor trebuie să aibă o opțiune pentru a conecta un radiator suplimentar. Pinout-ul BD140 este prezentat în imaginea de mai jos -

O altă componentă majoră este Shunt Resistor. Să rămânem în rezistența de 2 ohmi de 47 ohmi pentru acest proiect. Detaliile componentelor necesare sunt descrise în lista de mai jos.

1. Amplificator operațional (LM358)
2. PNP tranzistor (BD140)
3. Rezistență la șunt (47 ohmi)
4. 1k rezistor
5. Rezistor de 10k
6. Alimentare (12V)
7. 50k potențiometru
8. Placă pentru pâine și fire de conectare suplimentare

Circuitul de scufundare a curentului controlat de tensiune funcționează

Circuitul este construit într-o placă simplă pentru testare, după cum puteți vedea în imaginea de mai jos. Pentru a testa instalația de curent constant, diferite rezistențe sunt utilizate ca o sarcină rezistivă.

Tensiunea de intrare este modificată cu ajutorul potențiometrului și modificările curente se reflectă în sarcină. După cum se vede în imaginea de mai jos, curentul 0,16A este scufundat de sarcină. De asemenea, puteți verifica funcționarea detaliată în videoclipul legat în partea de jos a acestei pagini. Dar, ce se întâmplă exact în interiorul circuitului?

După cum sa discutat mai înainte, în timpul intrării de 8V, amplificatorul operațional va face căderea de tensiune peste rezistența de șunt pentru 8V în pinul său de feedback. Ieșirea amplificatorului opțional va porni tranzistorul până când rezistorul de șunt produce o cădere de 8V.

Conform legii Ohms, rezistența va produce o cădere de 8V numai atunci când debitul de curent este de 170mA (.17A). Acest lucru se datorează faptului că Tensiunea = rezistența curentului x. Prin urmare, 8V =.17A x 47 Ohmi. În acest scenariu, sarcina rezistivă conectată care este în serie așa cum se arată în schemă va contribui, de asemenea, la fluxul de curent. Op-amp-ul va porni tranzistorul și aceeași cantitate de curent va fi scufundată la sol ca rezistorul de șunt.

Acum, dacă tensiunea este fixă, indiferent de sarcina rezistivă conectată, debitul de curent va fi același, în caz contrar, tensiunea de pe amplificatorul op nu va fi aceeași cu tensiunea de intrare.

Astfel, putem spune că curentul prin sarcină (curentul este scufundat) este egal cu curentul prin tranzistor, care este, de asemenea, egal cu curentul prin rezistența de șunt. Deci, prin rearanjarea ecuației de mai sus, Chiuveta de curent de sarcină = cădere de tensiune / rezistență la șunt.

După cum sa discutat anterior, căderea de tensiune va fi aceeași cu tensiunea de intrare pe amplificatorul op. Prin urmare, Chiuveta de curent de sarcină = Tensiunea de intrare / Rezistența la șunt.

Dacă se modifică tensiunea de intrare, se va schimba și scufundarea de curent prin sarcină.

Îmbunătățiri de proiectare

1. Dacă disiparea căldurii este mai mare, creșteți puterea rezistenței de șunt. Pentru selectarea puterii rezistenței de șunt, se poate utiliza R _w = I ² R, unde R _w este puterea rezistenței și I este debitul maxim de curent și R este valoarea rezistenței de șunt.
2. LM358 are două op-amperi într-un singur pachet. În afară de aceasta, multe circuite integrate de tip amplificator operațional au două amplificatoare operaționale într-un singur pachet. Dacă tensiunea de intrare este prea mică, se poate folosi al doilea amplificator op pentru a amplifica tensiunea de intrare, după cum este necesar.