- Hvad er et konstantstrømssænkekredsløb?
- Spændingsstyret strømvask ved hjælp af Op-Amp
- Konstruktion
- Spændingsstyret strømforsyningskredsløb fungerer
- Designforbedringer
Current Source og Current sink er to hovedtermer, der bruges i elektronikdesign, disse to udtryk dikterer, hvor meget strøm der kan forlade eller komme ind i en terminal. For eksempel er vasken og kildestrømmen for en typisk 8051 Microcontroller digital output pin henholdsvis 1,6mA og 60uA. Det betyder, at stiften kan levere (kilde) op til 60uA, når den er lavet høj og kan modtage (vask) op til 1,6 mA, når den er lav. Under vores kredsløbsdesign er vi undertiden nødt til at opbygge vores helt egen strømkilde og nuværende vaskekredsløb. I den foregående vejledning byggede vi et spændingsstyret strømkildekredsløb ved hjælp af fælles op-amp og MOSFET, som kan bruges til sourcing af strøm til en belastning, men i nogle tilfælde i stedet for sourcingstrømmen har vi brug for en aktuel vaskemulighed.
Derfor lærer vi i denne vejledning, hvordan man bygger et spændingsstyret konstantstrømssænkekredsløb. Et spændingsstyret konstantstrømssænkekredsløb, som navnet antyder, styrer mængden af strøm, der er sunket igennem, baseret på den anvendte spænding. Før vi fortsætter videre med kredsløbskonstruktion, lad os forstå om konstantstrømssænkekredsløb.
Hvad er et konstantstrømssænkekredsløb?
Et konstantstrømskredsløb synker faktisk strøm uanset belastningsmodstanden, så længe indgangsspændingen ikke ændres. For et kredsløb med 1 ohm-modstand, der drives med 1V-indgang, er den konstante strøm 1A ifølge Ohms Law. Men hvis Ohms-loven bestemmer, hvor meget strøm der strømmer gennem et kredsløb, hvorfor har vi så brug for konstant strømkilde og strømforsyningskredsløb?
Som du kan se fra ovenstående billede tilvejebringer et strømkredsløb strøm til at drive belastningen. Mængden af strømbelastning, der modtages, bestemmes af det aktuelle kildekredsløb, da det fungerer som en strømforsyning. Tilsvarende fungerer det nuværende sink-kredsløb som en jord, igen vil den mængde strøm, belastningen modtager, blive styret af det aktuelle sink-kredsløb. Hovedforskellen er, at kildekredsløbet har til kilden (forsyning) nok strøm til belastningen, mens vaskekredsløbet bare skal begrænse strømmen gennem kredsløbet.
Spændingsstyret strømvask ved hjælp af Op-Amp
Spændingsstyret konstantstrømssænkekredsløb fungerer nøjagtigt på samme måde som spændingsstyret strømkildekredsløb, som vi byggede tidligere.
For et nuværende synkkredsløb ændres op-amp-forbindelsen, dvs. den negative indgang er forbundet til en shuntmodstand. Dette giver den nødvendige negative feedback til op-amp. Så har vi en PNP-transistor, der er forbundet over Op-amp-udgangen, så op-amp-udgangsstiften kan drive PNP-transistoren. Husk altid, at en Op-Amp vil forsøge at gøre spændingen ved begge indgange (positive og negative) lige.
Lad os antage, at 1V-input gives på tværs af den positive input fra op-amp. Op-amp vil nu forsøge at lave den anden negative input også som 1V. Men hvordan kan dette gøres? Outputtet fra op-amp vil tænde transistoren på en måde, så den anden input får 1V fra vores Vsupply.
Shuntmodstanden producerer en faldspænding i henhold til Ohms lov, V = IR. Derfor vil 1A strømstrøm gennem transistoren skabe en faldspænding på 1V. PNP-transistoren vil synke denne 1A strøm, og op-amp'en bruger dette spændingsfald og får den ønskede 1V-feedback. På denne måde vil ændring af indgangsspændingen kontrollere basen såvel som strømmen gennem shuntmodstanden. Lad os nu introducere den belastning, der skal styres i vores kredsløb.
Som du kan se, har vi allerede designet spændingsstyrede strømkredsløb ved hjælp af Op-Amp. Men til praktisk demonstration, i stedet for at bruge en RPS til at give Vin variabel spænding, lad os bruge et potentiometer. Vi ved allerede, at potentiometeret vist nedenfor fungerer som en potentiel skillevæg til at give en variabel spænding mellem 0V og Vsupply (+).
Lad os nu bygge kredsløbet og kontrollere, hvordan det fungerer.
Konstruktion
Samme som den foregående vejledning bruger vi LM358, da det er meget billigt, let at finde og bredt tilgængeligt. Den har dog to op-amp kanaler i en pakke, men vi har kun brug for en. Vi har tidligere bygget mange LM358-baserede kredsløb, du kan også tjekke dem ud. Nedenstående billede er en oversigt over LM358-pin-diagrammet.
Dernæst har vi brug for en PNP-transistor, BD140 bruges til dette formål. Andre transistorer fungerer også, men varmeafledning er et problem. Derfor skal transistorpakken have mulighed for at tilslutte en ekstra køleplade. BD140 pinout vises i nedenstående billede -
En anden vigtig komponent er Shunt-modstanden. Lad os holde fast i 47ohms 2watt modstand til dette projekt. Detaljerede komponenter er beskrevet i nedenstående liste.
- Op-forstærker (LM358)
- PNP Transistor (BD140)
- Shunt-modstand (47 ohm)
- 1k modstand
- 10k modstand
- Strømforsyning (12V)
- 50k potentiometer
- Brødbræt og yderligere tilslutningstråde
Spændingsstyret strømforsyningskredsløb fungerer
Kredsløbet er konstrueret i et simpelt brødbræt til testformål, som du kan se på nedenstående billede. For at teste konstante strømfaciliteten bruges forskellige modstande som en resistiv belastning.
Indgangsspændingen ændres ved hjælp af potentiometeret, og de aktuelle ændringer reflekteres i belastningen. Som det ses på nedenstående billede, sænkes 0,16 A strøm af belastningen. Du kan også kontrollere det detaljerede arbejde i den linkede video nederst på denne side. Men hvad sker der nøjagtigt inde i kredsløbet?
Som diskuteret før vil op-forstærkeren under 8V-indgangen få spændingen til at falde over shuntmodstanden til 8V i sin feedback-pin. Outputtet fra op-amp vil tænde for transistoren, indtil shuntmodstanden producerer et 8V fald.
I henhold til Ohms-loven vil modstanden kun producere et 8V-fald, når strømmen er 170mA (.17A). Dette skyldes, at spænding = strøm x modstand. Derfor er 8V =.17A x 47 ohm. I dette scenarie vil den tilsluttede modstandsbelastning, der er i serie som vist i skemaet, også bidrage til strømmen. Op-amp vil tænde transistoren, og den samme mængde strøm vil blive sunket til jorden som shuntmodstanden.
Nu, hvis spændingen er fast, uanset hvilken resistiv belastning der er tilsluttet, vil strømmen være den samme, ellers vil spændingen over op-amp ikke være den samme som indgangsspændingen.
Således kan vi sige, at strømmen gennem belastningen (strøm er sunket) er lig med strømmen gennem transistoren, som også er lig med strømmen gennem shuntmodstanden. Så ved at omarrangere ovenstående ligning, Nuværende vask ved belastningen = Spændingsfald / Shunt-modstand.
Som tidligere beskrevet vil spændingsfaldet være det samme som indgangsspændingen over op-amp. Derfor, Nuværende synke ved belastningen = Indgangsspænding / Shunt-modstand.
Hvis indgangsspændingen ændres, vil den aktuelle synke gennem belastningen også ændre sig.
Designforbedringer
- Hvis varmeafledningen er højere, skal du øge shuntmodstandseffekten. Til valg af wattforbrug shunt modstand, R w = I 2 R kan anvendes, hvor R w er modstanden watt og jeg er den maksimale strøm og R er værdien af shuntmodstand.
- LM358 har to op-forstærkere i en enkelt pakke. Bortset fra dette har mange op-amp IC'er to op-forstærkere i en enkelt pakke. Hvis indgangsspændingen er for lav, kan man bruge den anden op-forstærker til at forstærke indgangsspændingen efter behov.