Navrhnite jednoduchý obvod odberu konštantného prúdu pomocou op

Prúdový zdroj a prúdový drez sú dva hlavné pojmy používané v dizajne elektroniky. Tieto dva pojmy určujú, koľko prúdu môže opustiť alebo vstúpiť do terminálu. Napríklad drez a zdrojový prúd typického digitálneho výstupného kolíka mikrokontroléra 8051 sú 1,6 mA, respektíve 60uA. To znamená, že kolík môže dodávať (zdroj) až 60uA, keď je vyrobený na vysokej úrovni, a môže prijímať (potopiť) až 1,6 mA, keď je vyrobený na nízkej úrovni. Počas nášho návrhu obvodu musíme niekedy zostaviť svoj vlastný prúdový zdroj a prúdové záchytné obvody. V predchádzajúcom tutoriáli sme vytvorili obvod zdroja napätia riadený napätím pomocou bežných operačných zosilňovačov a MOSFET, ktoré je možné použiť na napájanie prúdu do záťaže, ale v niektorých prípadoch budeme namiesto zdroja prúdu potrebovať prúdový prúd.

Preto sa v tomto výučbe naučíme, ako vybudovať napäťovo riadený obvod jímky konštantného prúdu. Obvod klesania konštantného prúdu riadený napätím, ako už názov napovedá, riadi množstvo potopeného prúdu na základe použitého napätia. Pred pokračovaním v konštrukcii obvodu si uvedomme, aký je obvod obvodu s konštantným prúdom.

Čo je obvod s konštantným prúdom?

Obvod klesania konštantného prúdu v skutočnosti klesá prúd bez ohľadu na odpor záťaže, pokiaľ sa nezmení vstupné napätie. Pre obvod s odporom 1 ohm napájaný pomocou vstupu 1V je konštantný prúd podľa Ohmovho zákona 1A. Ale ak Ohmov zákon rozhodne, koľko prúdu preteká obvodom, tak prečo potrebujeme zdroj s konštantným prúdom a obvod s klesajúcim prúdom?

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného obrázka, obvod zdroja prúdu poskytuje prúd na napájanie záťaže. O množstve prijatého prúdového zaťaženia bude rozhodnuté obvodom zdroja prúdu, pretože funguje ako napájací zdroj. Obdobne prúdový prúdový obvod funguje ako zem, opäť bude prúdom, ktorý prijíma záťaž, riadené prúdovým prúdovým obvodom. Hlavný rozdiel je v tom, že zdrojový obvod musí napájať (napájať) dostatočný prúd do záťaže, zatiaľ čo prúdový obvod musí iba obmedziť prúd.

Napäťovo riadený prúdový prúd pomocou Op-Amp

Napäťovo riadený obvod odberu konštantného prúdu funguje úplne rovnako ako napäťovo riadený obvod zdroja prúdu, ktorý sme postavili skôr.

Pre prúdový obvod je pripojenie operačného zosilňovača zmenené, to znamená, že záporný vstup je pripojený k bočníkovému odporu. To poskytne operačnému zosilňovaču potrebnú negatívnu spätnú väzbu. Potom máme PNP tranzistor, ktorý je pripojený cez výstup operačného zosilňovača, takže výstupný kolík operačného zosilňovača môže riadiť tranzistor PNP. Teraz vždy nezabudnite, že operačný zosilňovač sa pokúsi vyrovnať napätie na oboch vstupoch (kladných aj záporných).

Predpokladajme, že 1V vstup je daný cez kladný vstup operačného zosilňovača. Operačný zosilňovač sa teraz pokúsi vytvoriť ďalší záporný vstup tiež ako 1V. Ako sa to však dá urobiť? Výstup operačného zosilňovača zapne tranzistor takým spôsobom, že druhý vstup získa z nášho napájacieho zdroja 1 V.

Bočníkový rezistor bude produkovať poklesové napätie podľa Ohmovho zákona, V = IR. Preto tok prúdu 1A cez tranzistor vytvorí poklesové napätie 1V. Tranzistor PNP tento prúd 1 A utlmí a operačný zosilňovač použije tento pokles napätia a získa požadovanú spätnú väzbu 1 V. Týmto spôsobom bude zmena vstupného napätia riadiť bázu aj prúd cez bočníkový odpor. Teraz poďme predstaviť záťaž, ktorá musí byť riadená do nášho obvodu.

Ako vidíte, už sme navrhli napäťovo riadené prúdové obvody s využitím Op-Amp. Ale pre praktickú ukážku namiesto použitia RPS na zabezpečenie variabilného napätia pre Vin použijeme potenciometer. Už vieme, že nižšie uvedený potenciometer funguje ako delič potenciálu na zabezpečenie premenlivého napätia medzi 0 V až Vsupply (+).

Teraz poďme zostaviť obvod a skontrolovať, ako funguje.

Konštrukcia

Rovnako ako v predchádzajúcom tutoriáli budeme používať LM358, pretože je veľmi lacný, ľahko dostupný a široko dostupný. Má však dva kanály operačného zosilňovača v jednom balíku, ale potrebujeme iba jeden. Predtým sme postavili veľa obvodov založených na LM358, ktoré môžete tiež skontrolovať. Na nasledujúcom obrázku je prehľad pinovej schémy LM358.

Ďalej potrebujeme PNP tranzistor, na tento účel sa používa BD140. Budú fungovať aj ďalšie tranzistory, ale problémom je odvod tepla. Balík tranzistorov preto musí mať možnosť pripojiť ďalší chladič. Pinout BD140 je zobrazený na obrázku nižšie -

Ďalším hlavným komponentom je bočníkový odpor. Zostaňme pre tento projekt v rezistore 47 ohmov 2 watty. Podrobnosti požadované komponenty sú popísané v nasledujúcom zozname.

1. Operačný zosilňovač (LM358)
2. Tranzistor PNP (BD140)
3. Bočníkový rezistor (47 ohmov)
4. 1k rezistor
5. 10k rezistor
6. Napájanie (12V)
7. 50k potenciometer
8. Chlebová doska a ďalšie spojovacie drôty

Pracovný obvod napájacieho prúdu riadený napätím

Obvod je pre účely testovania skonštruovaný v jednoduchej doske, ako je vidieť na obrázku nižšie. Na testovanie zariadenia s konštantným prúdom sa ako odporová záťaž používajú rôzne rezistory.

Vstupné napätie sa mení pomocou potenciometra a zmeny prúdu sa prejavia v záťaži. Ako je vidieť na nasledujúcom obrázku, prúd 0,16 A je potopený zaťažením. Môžete si tiež pozrieť podrobnú prácu vo videu, na ktoré odkazujete v dolnej časti tejto stránky. Čo sa však presne deje vo vnútri okruhu?

Ako už bolo uvedené vyššie, počas 8V vstupu operačný zosilňovač spôsobí pokles napätia cez bočníkový odpor na 8V vo svojom spätnoväzbovom kolíku. Výstup operačného zosilňovača sa zapne tranzistor, kým bočníkový rezistor nevytvorí pokles 8V.

Podľa Ohmovho zákona rezistor vytvorí pokles iba 8 V, keď je prúdový prúd 170 mA (0,17 A). Je to preto, lebo Napätie = prúd x odpor. Preto 8V =.17A x 47 Ohmov. V tomto scenári pripojené odporové zaťaženie, ktoré je zapojené do série, ako je znázornené na schéme, tiež prispeje k toku prúdu. Operačný zosilňovač zapne tranzistor a na zem sa potopí rovnaké množstvo prúdu ako bočníkový odpor.

Teraz, ak je napätie pevné, nech je pripojené akékoľvek odporové zaťaženie, bude prúdový prúd rovnaký, inak nebude napätie cez operačný zosilňovač rovnaké ako vstupné napätie.

Môžeme teda povedať, že prúd cez záťaž (prúd je potopený) sa rovná prúdu cez tranzistor, ktorý sa rovnako rovná prúdu cez bočníkový odpor. Takže preskupením vyššie uvedenej rovnice

Pokles prúdu pri záťaži = pokles napätia / odpor bočníka.

Ako už bolo spomenuté, pokles napätia bude rovnaký ako vstupné napätie na operačnom zosilňovači. Preto

Pokles prúdu záťažou = Vstupné napätie / Odpor bočníka.

Ak sa zmení vstupné napätie, zmení sa aj pokles prúdu cez záťaž.

Vylepšenia dizajnu

1. Ak je odvod tepla vyšší, zvýšte výkon bočníkového odporu. Na výber príkonu bočného odporu je možné použiť R _w = I ² R, kde R _w je výkon odporu a I je maximálny prúdový prúd a R je hodnota bočného odporu.
2. LM358 má dva operačné zosilňovače v jednom balení. Okrem toho má veľa integrovaných obvodov operačných zosilňovačov dva operačné zosilňovače v jednom balení. Ak je vstupné napätie príliš nízke, môžete podľa potreby použiť druhý operačný zosilňovač na zosilnenie vstupného napätia.