- Bazele Op-Amp
- Proiectarea unei surse de curent controlat de tensiune
- Constructie
- Sursa de curent controlată de tensiune funcționează
- Îmbunătățiri de proiectare
Într-un circuit de sursă de curent controlat de tensiune, după cum sugerează și numele, o cantitate mică de tensiune pe intrare va controla proporțional fluxul de curent pe sarcinile de ieșire. Acest tip de circuit este utilizat în mod obișnuit în electronică pentru a conduce dispozitive controlate de curent precum BJT, SCR etc. Știm că într-un BJT curentul care trece prin baza tranzistorului controlează cât tranzistor este închis, acest curent de bază poate fi furnizat prin multe tipuri de circuite, o metodă este de a utiliza acest circuit de sursă de curent controlat de tensiune. De asemenea, puteți verifica circuitul de curent constant care poate fi utilizat și pentru a conduce dispozitive controlate de curent.
În acest proiect, vom explica cum poate fi proiectată o sursă de curent controlată de tensiune folosind op-amp și, de asemenea, să o construiască pentru a demonstra funcționarea sa. Acest tip de circuit de sursă de curent controlat de tensiune este numit și servo de curent. Circuitul este foarte simplu și poate fi construit cu un număr minim de componente.
Bazele Op-Amp
Pentru a înțelege funcționarea acestui circuit este esențial să știm cum funcționează un amplificator operațional.
Imaginea de mai sus este un amplificator operațional unic. Un amplificator amplifică semnalele, dar, în afară de semnalele amplificatoare, poate face și operații matematice. O p-amp sau Operational Amplifier este coloana vertebrală a Analog Electronics și este utilizat în multe aplicații, cum ar fi Amplificator sumator, amplificator diferențial, Amplificator de instrumentare, Integrator Op-Amp etc.
Dacă privim atent în imaginea de mai sus, există două intrări și o ieșire. Aceste două intrări au semnul + și -. Intrarea pozitivă se numește intrare neinversantă, iar intrarea negativă se numește intrare inversantă.
Prima regulă pe care amplificatorul folosit este să facă diferența dintre aceste două intrări este întotdeauna zero. Pentru o mai bună înțelegere, să vedem imaginea de mai jos -
Circuitul amplificatorului de mai sus este un circuit de urmărire a tensiunii. Ieșirea este conectată la terminalul negativ, făcându-l un amplificator de câștig 1x. Prin urmare, tensiunea dată la intrare este disponibilă la ieșire.
După cum sa discutat anterior, amplificatorul operațional face diferențierea ambelor intrări 0. Deoarece ieșirea este conectată la terminalul de intrare, amplificatorul operațional va produce aceeași tensiune care este furnizată de la celălalt terminal de intrare. Deci, dacă 5V este dat pe intrare, deoarece ieșirea amplificatorului este conectată la terminalul negativ, acesta va produce 5V, care în cele din urmă dovedește regula 5V - 5V = 0. Acest lucru se întâmplă pentru toate operațiunile de feedback negativ ale amplificatoarelor.
Proiectarea unei surse de curent controlat de tensiune
Prin aceeași regulă, să vedem circuitul de mai jos.
Acum, în loc de ieșire a op-AMP conectat la intrare negativ direct, feedback - ul negativ este derivat din rezistor șunt conectat între un N MOSFET canal. Ieșirea op-amp este conectată prin poarta Mosfet.
Să presupunem că intrarea de 1V este dată pe intrarea pozitivă a amplificatorului op. Amplificatorul Op va face calea de feedback negativ 1V cu orice preț. Ieșirea va porni MOSFET-ul pentru a obține 1V peste terminalul negativ. Regula rezistorului de șunt este de a produce o tensiune de cădere conform legii lui Ohms, V = IR. Prin urmare, va fi produsă o tensiune de cădere de 1V dacă curge 1A de curent prin rezistorul de 1 Ohm.
Amplificatorul opțional va utiliza această tensiune de cădere și va obține feedbackul dorit de 1V. Acum, dacă conectăm o sarcină care necesită controlul curentului pentru funcționare, putem folosi acest circuit și așezați sarcina într-o locație adecvată.
Diagrama circuitului detaliată pentru sursa de curent controlată de tensiune Op-Amp poate fi găsită în imaginea de mai jos -
Constructie
Pentru a construi acest circuit, avem nevoie de un amplificator op. LM358 este un op-amp foarte ieftin, ușor de găsit și este o alegere perfectă pentru acest proiect, 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 MOSFET cu canal N, pentru acest IRF540N este utilizat, vor funcționa și alte MOSFET-uri, dar asigurați-vă că pachetul MOSFET are o opțiune de conectare a radiatorului suplimentar dacă este necesar și este necesară o analiză atentă pentru selectarea specificației corespunzătoare a MOSFET după cum este necesar. Pin-ul IRF540N este prezentat în imaginea de mai jos -
A treia cerință este rezistența de șunt. Să rămânem într-un rezistor de 1 ohmi de 2 wați. Sunt necesare două rezistențe suplimentare, unul pentru rezistorul de poartă MOSFET și celălalt este rezistorul de feedback. Aceste două sunt necesare pentru reducerea efectului de încărcare. Cu toate acestea, scăderea dintre aceste două rezistențe este neglijabilă.
Acum, avem nevoie de o sursă de energie, este o sursă de alimentare pe bancă. Există două canale disponibile în sursa de alimentare de pe bancă. Unul dintre ele, primul canal este utilizat pentru a furniza energie circuitului și celălalt care este al doilea canal utilizat pentru a furniza tensiunea variabilă pentru a controla curentul sursei circuitului. Deoarece tensiunea de control este aplicată de la o sursă externă, ambele canale trebuie să fie în același potențial, astfel terminalul de masă al celui de-al doilea canal este conectat la primul terminal de masă al canalului.
Cu toate acestea, această tensiune de control poate fi dată de la un divizor de tensiune variabilă utilizând orice fel de potențiometru. Într-un astfel de caz, este suficientă o singură sursă de alimentare. Prin urmare, următoarele componente sunt necesare pentru a face o sursă de curent variabil controlată de tensiune -
- Amplificator operațional (LM358)
- MOSFET (IRF540N)
- Rezistență la șunt (1 Ohm)
- 1k rezistor
- Rezistor de 10k
- Alimentare (12V)
- Unitate de alimentare
- Placă pentru pâine și fire de conectare suplimentare
Sursa de curent controlată de tensiune funcționează
Circuitul este construit într-o placă de testare în scopuri de testare, după cum puteți vedea în imaginea de mai jos. Sarcina nu este conectată în circuit pentru a-l face aproape 0 ideal (scurtcircuitat) pentru testarea operației de control curent.
Tensiunea de intrare este schimbată de la 0,1V la 0,5V, iar modificările curente sunt reflectate în celălalt canal. Așa cum se vede în imaginea de mai jos, intrarea de 0,4V cu 0 extragere de curent este efectiv al doilea canal pentru a atrage 400mA de curent la ieșirea de 9V. Circuitul este alimentat utilizând o sursă de alimentare de 9V.
Puteți verifica, de asemenea, videoclipul din partea de jos a acestei pagini pentru o lucrare detaliată. Acesta răspunde în funcție de tensiunea de intrare. De exemplu, când tensiunea de intrare este.4V, amplificatorul opțional va răspunde pentru a avea aceeași tensiune.4V în pinul său de feedback. Ieșirea amplificatorului opțional pornește și controlează MOSFET până când căderea de tensiune peste rezistența de șunt devine.4V.
Legea Ohms este aplicată în acest scenariu. Rezistorul va produce o scădere de.4V numai dacă curentul prin rezistor va avea 400mA (.4A). Acest lucru se datorează faptului că Tensiunea = curentul x rezistență. Prin urmare,.4V =.4A x 1 Ohm.
În acest scenariu, dacă conectăm o sarcină (sarcină rezistivă) în serie la fel ca cea descrisă în schemă, între borna pozitivă a sursei de alimentare și pinul de scurgere al MOSFET-ului, amplificatorul opțional va porni MOSFET-ul și aceeași cantitate de curent va curge prin sarcină și rezistor producând aceeași cădere de tensiune ca înainte.
Astfel, putem spune că curentul prin sarcină (curentul este obținut) este egal cu curentul prin MOSFET, care este, de asemenea, egal cu curentul prin rezistența de șunt. Punând-o într-o formă matematică obținem, Curent provenit de la 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, dacă se modifică tensiunea de intrare, se va schimba și sursa de curent prin sarcină. Prin urmare, Curent provenit din sarcină = Tensiune de intrare / Rezistență la șunt.
Îmbunătățiri de proiectare
- Creșterea puterii rezistenței poate îmbunătăți disiparea căldurii în rezistența de șunt. Pentru a alege puterea rezistorului de șunt, se poate utiliza R w = I 2 R, unde R w este puterea rezistorului și I este curentul maxim obținut, iar R este valoarea rezistorului de șunt.
- La fel ca la LM358, multe circuite integrate de tip amplificator op au două op-amplificatoare într-un singur pachet. Dacă tensiunea de intrare este prea mică, al doilea amplificator op neutilizat poate fi utilizat pentru a amplifica tensiunea de intrare după cum este necesar.
- Pentru îmbunătățirea problemelor termice și de eficiență, pot fi utilizate MOSFET-uri cu rezistență redusă, împreună cu radiator adecvat.