Suprojektuokite įtampos valdomą srovės šaltinio grandinę naudodami op

Kaip rodo pavadinimas, įtampos valdomoje srovės šaltinio grandinėje nedidelis įtampos kiekis įėjime proporcingai valdys srovės srautą išėjimo apkrovose. Šio tipo grandinės dažniausiai naudojamos elektronikoje, kad būtų galima valdyti srovės valdomus įrenginius, tokius kaip BJT, SCR ir kt. naudojant daugelį grandinių tipų, vienas iš būdų yra naudoti šią įtampos valdomą srovės šaltinio grandinę. Taip pat galite patikrinti nuolatinės srovės grandinę, kuri taip pat gali būti naudojama valdant srove valdomus įrenginius.

Šiame projekte mes paaiškinsime, kaip gali būti suprojektuotas įtampos valdomas srovės šaltinis, naudojant opamp, ir taip pat pastatysime, kad pademonstruotume jo veikimą. Šio tipo įtampa valdoma srovės šaltinio grandinė taip pat vadinama srovės servo. Grandinė yra labai paprasta ir gali būti sukonstruota naudojant minimalų komponentų skaičių.

„Op-Amp“ pagrindai

Norint suprasti šios grandinės veikimą, būtina žinoti, kaip veikia operacinis stiprintuvas.

Aukščiau pateiktas vaizdas yra vienas operacinis stiprintuvas. Stiprintuvas stiprina signalus, tačiau gali ne tik stiprinti signalus, bet ir atlikti matematines operacijas. „O p-amp“ arba „Operacinis stiprintuvas“ yra „Analog Electronics“ pagrindas ir naudojamas daugelyje programų, pavyzdžiui, „Summing Amplifier“, „diferencialinis stiprintuvas“, „Instrumentation Amplifier“, „Op-Amp Integrator“ ir kt.

Jei atidžiai pažvelgsime į aukščiau esantį vaizdą, yra du įėjimai ir vienas išėjimas. Šie du įėjimai turi + ir - ženklą. Teigiamas įvestis vadinama netiesiogine įvestimi, o neigiama - atvirkštine.

Pirmoji taisyklė, kurią naudojo stiprintuvas, yra tai, kad skirtumas tarp šių dviejų įėjimų visada yra nulis. Norėdami geriau suprasti, pažiūrėkime toliau pateiktą vaizdą

Minėta stiprintuvo grandinė yra įtampos sekimo grandinė. Išėjimas yra prijungtas prie neigiamo terminalo, todėl jis yra 1x stiprintuvas. Todėl įvesties įtampa yra prieinama išėjime.

Kaip jau buvo aptarta anksčiau, operacinis stiprintuvas diferencijuoja abu įėjimus 0. Kai išėjimas yra prijungtas per įvesties gnybtą, op-amp gamins tą pačią įtampą, kuri teikiama visame kitame įvesties gnybte. Taigi, jei visoje įvestyje yra 5 V, kai stiprintuvo išėjimas yra prijungtas prie neigiamo terminalo, jis pagamins 5 V, kuris galų gale įrodo taisyklę 5 V - 5 V = 0. Tai atsitinka visoms neigiamo stiprintuvo grįžtamojo ryšio operacijoms.

Kontroliuojamos įtampos srovės šaltinio projektavimas

Pagal tą pačią taisyklę pažiūrėkime žemiau esančią grandinę.

Dabar vietoj op-amp išvesties, tiesiogiai prijungtos prie neigiamo įėjimo, neigiamas grįžtamasis ryšys gaunamas iš šunto rezistoriaus, sujungto per N kanalo MOSFET. Op-amp išėjimas yra sujungtas per „Mosfet“ vartus.

Tarkime, kad 1 V įvestis yra suteikiama teigiamam op-amp stiprintuvui. „Op-amp “ bet kokia kaina padarys neigiamą grįžtamąjį ryšį 1 V. Išėjimas įjungs MOSFET, kad gautų 1 V per neigiamą terminalą. Šunto rezistoriaus taisyklė yra sukurti kritimo įtampą pagal Ohmo įstatymą, V = IR. Todėl 1 V kritimo įtampa bus sukurta, jei 1 A srovė tekės per 1 Ohm rezistorių.

Operacinis stiprintuvas naudos šią kritimo įtampą ir gaus norimą 1 V grįžtamąjį ryšį. Dabar, jei prijungsime apkrovą, kuriai reikia srovės valdymo, galime naudoti šią grandinę ir pastatyti apkrovą tinkamoje vietoje.

Išsami „ Op-Amp“ įtampa valdomo srovės šaltinio schema pateikiama žemiau esančiame paveikslėlyje -

Statyba

Norėdami sukurti šią grandinę, mums reikia op-amp. LM358 yra labai pigus, lengvai randamas op-amp, ir tai yra puikus pasirinkimas šiam projektui, tačiau jis turi du op-amp kanalus vienoje pakuotėje, tačiau mums reikia tik vieno. Anksčiau mes sukūrėme daugybę LM358 pagrįstų grandinių, kurias taip pat galite patikrinti. Žemiau pateiktame paveikslėlyje pateikiama LM358 kaiščių schemos apžvalga.

Be to, mums reikia N kanalo MOSFET, kad būtų naudojamas šis IRF540N, veiks ir kiti MOSFET, tačiau įsitikinkite, kad MOSFET pakete yra galimybė, jei reikia, prijungti papildomą šilumos šalintuvą ir reikia atidžiai apsvarstyti, norint pasirinkti tinkamą specifikaciją. MOSFET pagal poreikį. IRF540N kištukas parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje -

Trečias reikalavimas yra šunto rezistorius. Laikykimės 1ohms 2watt rezistoriaus. Reikalingi papildomi du rezistoriai, vienas skirtas MOSFET vartų rezistoriui, o kitas - grįžtamojo ryšio rezistorius. Šie du reikalingi norint sumažinti apkrovos efektą. Tačiau kritimas tarp šių dviejų rezistorių yra nereikšmingas.

Dabar mums reikia energijos šaltinio, tai yra maitinimo šaltinis. Stendo maitinimo šaltinyje yra du kanalai. Vienas iš jų, pirmasis kanalas naudojamas maitinti grandinę, o kitas yra antrasis kanalas, naudojamas kintamajai įtampai valdyti grandinės šaltinio srovei valdyti. Kai valdymo įtampa naudojama iš išorinio šaltinio, abu kanalai turi būti tame pačiame potenciale, taigi antrojo kanalo įžeminimo gnybtas yra sujungtas per pirmojo kanalo įžeminimo gnybtą.

Tačiau šią valdymo įtampą galima nustatyti iš kintamos įtampos daliklio, naudojant bet kokio tipo potenciometrą. Tokiu atveju pakanka vieno maitinimo šaltinio. Todėl norint sukurti įtampos valdomą kintamosios srovės šaltinį, reikalingi šie komponentai:

„Op-amp“ (LM358)
„MOSFET“ (IRF540N)
Šunto rezistorius (1 omai)
1k rezistorius
10k rezistorius
Maitinimo šaltinis (12V)
Maitinimo blokas
Duonos lenta ir papildomi jungiamieji laidai

Veikia įtampos valdomas srovės šaltinis

Grandinė yra sukonstruota skydinėje, kad būtų galima išbandyti, kaip matote žemiau esančiame paveikslėlyje. Apkrova nėra prijungta prie grandinės, kad būtų beveik idealus 0 omų (trumpasis), kad būtų galima patikrinti dabartinę valdymo operaciją.

Įėjimo įtampa keičiama nuo 0,1 V iki 0,5 V, o dabartiniai pokyčiai atsispindi kitame kanale. Kaip matyti žemiau esančiame paveikslėlyje, 0,4 V įvestis su 0 srovės ištraukimų yra veiksminga antruoju kanalu, kad ištrauktų 400 mA srovę 9 V išėjime. Grandinė maitinama naudojant 9 V maitinimą.

Taip pat galite patikrinti vaizdo įrašą, pateiktą šio puslapio apačioje, kad atliktumėte išsamų darbą. Jis reaguoja priklausomai nuo įėjimo įtampos. Pavyzdžiui, kai įėjimo įtampa yra 0,4 V, op-amp atsakys, kad jo grįžtamojo ryšio kaiščio įtampa būtų tokia pati. Op-amp išėjimas įjungia ir valdo MOSFET, kol įtampos kritimas per šunto rezistorių taps.4V.

Pagal šį scenarijų taikomas Ohmo įstatymas. Rezistorius sumažins.4 V tik tuo atveju, jei srovė per rezistorių bus 400mA (.4A). Taip yra todėl, kad įtampa = srovė x varža. Todėl.4V =.4A x 1 Ohm.

Pagal šį scenarijų, jei mes sujungsime apkrovą (varžinę apkrovą) nuosekliai, kaip aprašyta schemoje, tarp teigiamo maitinimo šaltinio gnybto ir MOSFET išleidimo kaiščio, op-amp įjungs MOSFET ir tas pats srovės kiekis tekės per apkrovą ir rezistorių, sukeldamas tą patį įtampos kritimą kaip ir anksčiau.

Taigi mes galime pasakyti, kad srovė per apkrovą (srovė gaunama) yra lygi srovei per MOSFET, kuri taip pat lygi srovei per šunto rezistorių. Pateikdami jį matematine forma, gauname, Srovė, gaunama iš apkrovos = įtampos kritimas / pasipriešinimas šuntui.

Kaip jau buvo aptarta anksčiau, įtampos kritimas bus toks pats kaip įėjimo įtampa visoje op-amp. Todėl pakeitus įėjimo įtampą, pasikeis ir srovės šaltinis per apkrovą. Taigi, Srovė, gaunama į apkrovą = Įėjimo įtampa / Šunto varža.

Dizaino patobulinimai

Padidėjęs rezistoriaus galingumas gali pagerinti šilumos išsiskyrimą per šunto rezistorių. Pasirinkti šunto rezistorius, galingumo R _w = aš ² R gali būti naudojamas, kai R _W yra rezistorius, galią ir aš yra ne daugiau kaip gaunami srovė, ir R yra šunto rezistorius vertė.
Kaip ir LM358, daugelyje op-amp IC yra du op-amperai vienoje pakuotėje. Jei įėjimo įtampa per maža, antrąjį nenaudotą op-amp galima naudoti įėjimo įtampai sustiprinti, jei reikia.
Siekiant pagerinti šilumos ir efektyvumo problemas, galima naudoti mažo atsparumo MOSFET kartu su tinkamu šilumos šalintuvu.