Design et spændingsstyret strømkildekredsløb ved hjælp af op

I et spændingsstyret strømkildekredsløb, som navnet antyder, vil en lille mængde spænding over indgangen proportionalt styre strømmen over outputbelastningerne. Denne type kredsløb bruges almindeligvis i elektronik til at drive strømstyrede enheder som BJT, SCR osv. Vi ved, at i en BJT styrer strømmen, der strømmer gennem bunden af transistoren, hvor meget transistoren er lukket, denne basisstrøm kan tilvejebringes af mange typer kredsløb er en metode at bruge dette spændingsstyrede strømkildekredsløb. Du kan også kontrollere det konstante strømkredsløb, som også kan bruges til at drive strømstyrede enheder.

I dette projekt vil vi forklare, hvordan en spændingsstyret strømkilde, der bruger op-amp, kan designes og også bygge den til at demonstrere, at den fungerer. Denne type spændingsstyret strømkilde kredsløb kaldes også en strøm servo. Kredsløbet er meget simpelt og kan konstrueres med et minimum antal komponenter.

Grundlæggende om Op-Amp

For at forstå funktionen af dette kredsløb er det vigtigt at vide, hvordan en operationsforstærker fungerer.

Ovenstående billede er en enkelt operationsforstærker. En forstærker forstærker signaler, men bortset fra forstærkning af signaler kan den også udføre matematiske operationer. O p-forstærker eller operationsforstærker er rygraden i Analog Electronics og bruges i mange applikationer, såsom Summing Forstærker, differentialforstærker, Instrumentationsforstærker, Op-Amp Integrator osv.

Hvis vi ser nøje på ovenstående billede, er der to indgange og en udgang. Disse to indgange har + og - tegn. Den positive input kaldes ikke-inverterende input, og den negative input kaldes inverterende input.

Den første regel, som forstærkeren plejede at arbejde, er at gøre forskellen mellem disse to indgange altid nul. Lad os se nedenstående billede for bedre forståelse -

Ovenstående forstærker kredsløb er et spændingsfølger kredsløb. Outputtet er forbundet i den negative terminal, hvilket gør det til en 1x forstærker. Derfor er spændingen, der er angivet over indgangen, tilgængelig på tværs af udgangen.

Som diskuteret før foretager operationsforstærkeren differentieringen af begge indgang 0. Da udgangen er forbundet over indgangsterminalen, vil op-forstærkeren producere den samme spænding, som tilføres over den anden indgangsterminal. Så hvis 5V gives på tværs af indgangen, da forstærkerudgangen er tilsluttet ved den negative terminal, vil den producere 5V, som til sidst beviser reglen 5V - 5V = 0. Dette sker for al negativ feedbackfunktion af forstærkere.

Design af en spændingsstyret strømkilde

Lad os med den samme regel se nedenstående kredsløb.

Nu i stedet for output fra op-forstærkeren, der er tilsluttet direkte til den negative indgang, stammer negativ feedback fra shuntmodstanden, der er forbundet over en N-kanal MOSFET. Op-amp-udgangen er forbundet over Mosfet-porten.

Lad os antage, 1V-input gives på tværs af den positive input fra op-amp. Op-forstærkeren laver den negative feedbacksti 1V for enhver pris. Outputtet tænder MOSFET for at få 1V over den negative terminal. Reglen for shuntmodstanden er at producere en faldspænding i henhold til Ohms lov, V = IR. Derfor vil der produceres 1V faldspænding, hvis 1A strøm strømmer gennem 1 Ohm-modstanden.

Op-forstærkeren bruger denne faldspænding og får den ønskede 1V-feedback. Nu, hvis vi forbinder en belastning, der kræver strømstyring til drift, kan vi bruge dette kredsløb og placere belastningen et passende sted.

Det detaljerede kredsløbsdiagram for Op-Amp spændingsstyret strømkilde kan findes i nedenstående billede -

Konstruktion

For at konstruere dette kredsløb har vi brug for en op-amp. LM358 er en meget billig, let at finde op-amp, og det er et perfekt valg til dette projekt, men den har 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 N-kanal MOSFET, for denne IRF540N bruges, andre MOSFET'er fungerer også, men sørg for, at MOSFET-pakken har mulighed for at forbinde yderligere køleplade, hvis det er nødvendigt, og nøje overvejelse er nødvendig for at vælge den relevante specifikation MOSFET efter behov. IRF540N pinout vises i nedenstående billede -

Det tredje krav er shuntmodstanden. Lad os holde fast i 1 ohm 2 watt modstand. Yderligere to modstande er påkrævet, den ene til MOSFET- portmodstanden og den anden er feedbackmodstanden. Disse to er nødvendige for at reducere belastningseffekten. Imidlertid er faldet mellem disse to modstande ubetydeligt.

Nu har vi brug for en strømkilde, det er en bænkstrømforsyning. Der er to kanaler til rådighed i bænkens strømforsyning. En af dem, den første kanal, bruges til at give strøm til kredsløbet, og den anden, som er den anden kanal, der bruges til at tilvejebringe den variable spænding til at styre kildestrømmen i kredsløbet. Da styrespændingen tilføres fra en ekstern kilde, skal begge kanaler have samme potentiale, og derfor er den anden kanals jordterminal forbundet over den første kanal jordterminal.

Denne kontrolspænding kan dog gives fra en variabel spændingsdeler ved hjælp af enhver form for potentiometer. I et sådant tilfælde er en enkelt strømforsyning tilstrækkelig. Derfor kræves følgende komponenter for at fremstille en spændingsstyret variabel strømkilde -

Op-forstærker (LM358)
MOSFET (IRF540N)
Shunt-modstand (1 Ohm)
1k modstand
10k modstand
Strømforsyning (12V)
Strømforsyningsenhed
Brødbræt og yderligere tilslutningstråde

Spændingsstyret strømkilde fungerer

Kredsløbet er konstrueret i et brødbræt til testformål, som du kan se i nedenstående billede. Belastningen er ikke forbundet i kredsløbet for at gøre det til en næsten ideel 0 Ohm (kortsluttet) til test af den aktuelle kontroloperation.

Indgangsspændingen ændres fra 0,1V til 0,5V, og de aktuelle ændringer reflekteres i den anden kanal. Som det fremgår af nedenstående billede, er 0,4V input med 0 strømtrækninger effektivt gjort til den anden kanal til at trække 400mA strøm ved 9V output. Kredsløbet får strøm ved hjælp af en 9V forsyning.

Du kan også tjekke videoen nederst på denne side for detaljeret arbejde. Det reagerer afhængigt af indgangsspændingen. For eksempel, når indgangsspændingen er.4V, reagerer op-amp'en på den samme spænding.4V i sin feedback-pin. Outputtet fra op-amp tænder og styrer MOSFET, indtil spændingsfaldet over shuntmodstanden blev.4V.

Ohms-loven anvendes i dette scenarie. Modstanden producerer kun.4V-fald, hvis strømmen gennem modstanden vil være 400mA (.4A). Dette skyldes, at spænding = strøm x modstand. Derfor er.4V =.4A x 1 Ohm.

I dette scenarie, hvis vi forbinder en belastning (modstandsbelastning) i serie som den, der er beskrevet i skemaet, imellem den positive terminal af strømforsyningen og afløbstappen på MOSFET, tænder op-amp'en MOSFET og samme strøm strømmer gennem belastningen og modstanden ved at producere det samme spændingsfald som før.

Således kan vi sige, at strømmen gennem belastningen (strøm tilføres) er lig med strømmen gennem MOSFET, som også er lig med strømmen gennem shuntmodstanden. At sætte det i en matematisk form, vi får, Strøm fra belastningen = Spændingsfald / Shunt-modstand.

Som tidligere beskrevet vil spændingsfaldet være det samme som indgangsspændingen over op-amp. Derfor, hvis indgangsspændingen ændres, vil den aktuelle kilde gennem belastningen også ændre sig. Derfor

Strøm fra belastningen = Indgangsspænding / Shunt-modstand.

Designforbedringer

Forøgelsen af modstandseffekt kan forbedre varmespredningen over shuntmodstanden. At vælge wattforbrug shunt modstand, R _w = I ² R kan anvendes, hvor R _w er modstanden watt og jeg er den maksimale fremskaffede strøm, og R er værdien af shuntmodstand.
Det samme som LM358, mange op-amp IC'er har to op-forstærkere i en enkelt pakke. Hvis indgangsspændingen er for lav, kan den anden ubrugte op-forstærker bruges til at forstærke indgangsspændingen efter behov.
Til forbedring af de termiske og effektivitetsproblemer kan MOSFET'er med lav modstand bruges sammen med korrekt køleplade.