Спроектуйте схему джерела струму з контролем напруги, використовуючи оп

У схемі джерела струму з керованою напругою, як випливає з назви, невелика кількість напруги на вході пропорційно контролюватиме струм потоку на вихідних навантаженнях. Цей тип ланцюга зазвичай використовується в електроніці для приводу контрольованих струмом пристроїв, таких як BJT, SCR тощо. Ми знаємо, що в BJT струм, що протікає через базу транзистора, контролює, наскільки транзистор закритий, цей базовий струм може бути забезпечений за багатьма типами схем одним із методів є використання цієї схеми джерела струму, керованого напругою. Ви також можете перевірити ланцюг постійного струму, який також може використовуватися для керування пристроями, що контролюються струмом.

У цьому проекті ми пояснимо, як можна спроектувати джерело струму з керованим напругою за допомогою операційного підсилювача, а також побудувати його, щоб продемонструвати свою роботу. Цей тип схеми джерела струму з керованою напругою також називають сервоприводом струму. Схема дуже проста і може бути побудована з мінімальною кількістю компонентів.

Основи Op-Amp

Щоб зрозуміти роботу цієї схеми, важливо знати, як працює операційний підсилювач.

Наведене зображення являє собою єдиний операційний підсилювач. Підсилювач підсилює сигнали, але крім підсилюючих сигналів він може виконувати і математичні операції. O -підсилювач або операційний підсилювач є основою аналогової електроніки і використовується в багатьох додатках, таких як підсумовуючий підсилювач, диференціальний підсилювач, підсилювач приладів, інтегратор Op-Amp тощо.

Якщо ми уважно розглянемо наведене зображення, є два входи та один вихід. Ці два входи мають знак + і -. Позитивний вхід називається неінвертуючим, а негативний - інвертуючим.

Перше правило, за допомогою якого підсилювач працює, полягає в тому, що різниця між цими двома входами завжди дорівнює нулю. Для кращого розуміння давайте побачимо зображення нижче -

Наведена схема підсилювача є ланцюгом послідовника напруги. Вихід підключений до негативної клеми, що робить його підсилювачем 1x. Отже, напруга, подана на вході, доступна на виході.

Як обговорювалося раніше, операційний підсилювач робить диференціацію обох входів 0. Оскільки вихід підключений через вхідну клему, операційний підсилювач буде виробляти ту саму напругу, яка подається на іншій вхідній клемі. Отже, якщо на вхід подано 5 В, оскільки вихід підсилювача підключений на негативному терміналі, він буде виробляти 5 В, що врешті-решт доводить правило 5 В - 5 В = 0. Це трапляється для всіх негативних функцій зворотного зв'язку підсилювачів.

Проектування джерела струму, керованого напругою

За тим самим правилом, давайте подивимося нижче схему.

Тепер замість виходу операційного підсилювача, підключеного безпосередньо до негативного входу, негативний зворотний зв'язок отримується від шунтуючого резистора, підключеного через N-канальний MOSFET. Вихід операційного підсилювача підключений через затвор Mosfet.

Припустимо, 1В вхід подається через позитивний вхід операційного підсилювача. Операційний підсилювач зробить шлях негативного зворотного зв'язку 1 В за будь-яку ціну. Вихід увімкне MOSFET, щоб отримати 1 В через негативний термінал. Правилом маневрового резистора є створення напруги падіння відповідно до закону Ом, V = IR. Отже, напруга падіння 1 В створюватиметься, якщо через резистор 1 Ом проходить струм струму 1 А.

Операційний підсилювач буде використовувати це падіння напруги і отримувати бажаний зворотний зв'язок 1 В. Тепер, якщо ми підключаємо навантаження, для роботи якої потрібен струмовий контроль, ми можемо використовувати цю схему і розмістити навантаження у відповідному місці.

Детальну електричну схему джерела струму, керованого напругою Op-Amp, можна знайти на зображенні нижче -

Будівництво

Для побудови цієї схеми нам потрібен операційний підсилювач. LM358 - це дуже дешевий підсилювач, який легко знайти, і він є ідеальним вибором для цього проекту, однак він має два канали підсилювача в одному пакеті, але нам потрібен лише один. Ми вже побудували багато схем на основі LM358, ви також можете їх перевірити. Нижче зображення - огляд штифтової схеми LM358.

Далі нам потрібен N-канальний MOSFET, для цього IRF540N також будуть працювати інші MOSFET-транзистори, але переконайтесь, що пакет MOSFET має можливість підключити додатковий радіатор, якщо потрібно, і необхідний ретельний розбір для вибору відповідної специфікації MOSFET, якщо потрібно. Розпіна IRF540N показана на зображенні нижче -

Третя вимога - маневровий резистор. Давайте встромимося в резистор потужністю 1 Ом на 2 Вт Потрібні додаткові два резистори, один для резистора затвора MOSFET, а другий - резистор зворотного зв'язку. Ці два необхідні для зменшення ефекту навантаження. Однак падіння між цими двома резисторами незначне.

Тепер нам потрібне джерело живлення, це стендове джерело живлення. У блоці живлення є два канали. Один з них, перший канал використовується для подачі живлення на ланцюг, а другий - другий канал, який використовується для забезпечення змінної напруги для управління струмом джерела ланцюга. Оскільки керуюча напруга подається від зовнішнього джерела, обидва канали повинні мати однаковий потенціал, таким чином заземлюючий термінал другого каналу з'єднаний через перший заземлювальний термінал першого каналу.

Однак цю керуючу напругу можна подати від змінного дільника напруги за допомогою будь-якого виду потенціометра. У такому випадку достатньо одного джерела живлення. Отже, для виготовлення джерела змінного струму з регульованою напругою потрібні наступні компоненти -

Операційний підсилювач (LM358)
МОП-транзистор (IRF540N)
Шунтовий резистор (1 Ом)
1k резистор
10k резистор
Джерело живлення (12 В)
Блок живлення
Хлібна дошка та додаткові сполучні дроти

Джерело струму з контролем напруги працює

Схема побудована в макетній панелі для цілей тестування, як ви можете бачити на зображенні нижче. Навантаження не підключено до ланцюга, щоб зробити його майже ідеальним 0 Ом (закороченим) для тестування поточної операції управління.

Вхідна напруга змінюється з 0,1 В на 0,5 В, а зміни струму відображаються в іншому каналі. Як видно на зображенні нижче, вхід 0,4 В з 0 струмовіддачами фактично робиться другим каналом для отримання 400 мА струму на виході 9 В. Схема живиться за допомогою джерела живлення 9 В.

Ви також можете переглянути відео внизу цієї сторінки для детальної роботи. Він реагує залежно від вхідної напруги. Наприклад, коли вхідна напруга становить.4В, операційний підсилювач реагуватиме на ту саму напругу.4В у його контактному контакті. Вихід операційного підсилювача увімкніть і керуйте MOSFET, поки падіння напруги на шунтуючому резисторі не стане.4V.

За цим сценарієм застосовується закон Ома. Резистор буде виробляти падіння.4V лише в тому випадку, якщо струм через резистор буде 400mA (.4A). Це тому, що напруга = струм x опір. Отже,.4V =.4A x 1 Ом.

У цьому випадку, якщо ми підключаємо навантаження (резистивне навантаження) послідовно, як описано на схемі, між позитивною клемою джерела живлення та зливним штифтом MOSFET, операційний підсилювач увімкне MOSFET і стільки ж струму буде протікати через навантаження та резистор, виробляючи те саме падіння напруги, що і раніше.

Таким чином, можна сказати, що струм через навантаження (струм подається) дорівнює струму через MOSFET, який також дорівнює струму через шунтуючий резистор. Поклавши його в математичну форму, отримаємо, Струм, що надходить до навантаження = Падіння напруги / Шунтовий опір.

Як обговорювалося раніше, падіння напруги буде таким же, як і вхідна напруга на операційному підсилювачі. Отже, якщо вхідну напругу змінити, джерело струму через навантаження також зміниться. Отже, Струм, що надходить до навантаження = Вхідна напруга / Шунтовий опір.

Покращення дизайну

Збільшення потужності резистора може поліпшити тепловіддачу через шунтуючий резистор. Для вибору потужності шунтуючого резистора можна використовувати R _w = I ² R, де R _w - потужність резистора, а I - максимальний струм джерела, а R - значення шунтуючого резистора.
Так само, як і LM358, багато операційних підсилювачів мають два операційні підсилювачі в одному корпусі. Якщо вхідна напруга занадто низька, другий невикористаний підсилювач може бути використаний для посилення вхідної напруги за необхідності.
Для поліпшення теплових питань та ефективності можна використовувати MOSFET з низьким опором разом з належним тепловідводом.