- Какво представлява веригата за мивка с постоянен ток?
- Контролирана от напрежението мивка за ток с помощта на Op-Amp
- Строителство
- Контролирана по напрежение токова верига на мивката работи
- Подобрения в дизайна
Източник на ток и Мивка на ток са два основни термина, използвани в дизайна на електрониката, тези два термина диктуват колко ток може да излезе или да влезе в терминал. Например, мивката и източникът на ток на типичен 8051 микроконтролер цифров изходен щифт са съответно 1.6mA и 60uA. Това означава, че щифтът може да достави (източник) до 60uA, когато е направен висок и може да получи (мивка) до 1.6mA, когато е направен нисък. По време на проектирането на нашата верига, понякога се налага да изграждаме наши собствени токови вериги и вериги за мивка на ток. В предишния урок ние изградихме верига за източник на ток, контролирана с помощта на общи операционни усилватели и MOSFET, които могат да се използват за подаване на ток към товар, но в някои случаи вместо източник на ток ще ни е необходима опция за мивка на ток.
Следователно в този урок ще научим как да изградим верига за мивка с постоянен ток с контролирано напрежение. Контролирана от напрежение верига за постоянен ток, както подсказва името, контролира количеството ток, потопен през него, въз основа на приложеното напрежение. Преди да продължим по-нататък с изграждането на веригата, нека разберем за веригата на мивката с постоянен ток.
Какво представлява веригата за мивка с постоянен ток?
Постоянна верига на мивка всъщност потъва, независимо от съпротивлението на натоварване, стига входното напрежение да не се променя. За верига с 1-омово съпротивление, захранвана с помощта на 1V вход, постоянният ток е 1А съгласно Закона за ома. Но ако законът на Ома решава колко ток тече през верига, тогава защо се нуждаем от постоянен източник на ток и верига на мивка на ток?
Както можете да видите от горното изображение, верига за източник на ток осигурява ток за задвижване на товара. Количеството на текущото натоварване ще се определя от веригата на източника на ток, тъй като тя действа като захранване. По същия начин, текущата верига на мивката действа като земя, отново количеството ток, което получава натоварването, ще се контролира от текущата верига на мивката. Основната разлика е, че веригата на източника трябва към източника (захранването) достатъчно ток към товара, докато веригата на мивката трябва просто да ограничи тока през веригата.
Контролирана от напрежението мивка за ток с помощта на Op-Amp
Контролна по напрежение верига за мивка с постоянен ток работи точно по същия начин като веригата за източник на ток с контролирано напрежение, която изградихме по-рано.
За текуща верига на мивка, оп-усилвателната връзка се променя, т.е. отрицателният вход е свързан към шунтиращ резистор. Това ще осигури необходимата отрицателна обратна връзка на операционния усилвател. Тогава имаме PNP транзистор, който е свързан през изхода на Op-amp, така че изходният щифт на op-amp да може да управлява PNP транзистора. Сега винаги помнете, че Op-Amp ще се опита да направи напрежението на двата входа (положително и отрицателно) равно.
Да приемем, че 1V вход се дава през положителния вход на операционния усилвател. Op-amp сега ще се опита да направи другия отрицателен вход също като 1V. Но как може да се направи това? Изходът на операционния усилвател ще включи транзистора по начин, по който другият вход ще получи 1V от нашето Vsupply.
Шунтиращият резистор ще произведе падащо напрежение съгласно закона на Ома, V = IR. Следователно 1А токов поток през транзистора ще създаде напрежение на падане от 1V. PNP транзисторът ще потопи този 1A ток и операционният усилвател ще използва този спад на напрежението и ще получи желаната 1V обратна връзка. По този начин, промяната на входното напрежение ще контролира основата, както и тока през шунтиращия резистор. Сега, нека въведем натоварването, което трябва да се контролира в нашата верига.
Както можете да видите, ние вече сме проектирали вериги за мивка на ток с контролирано напрежение, използвайки Op-Amp. Но за практическа демонстрация, вместо да използваме RPS за осигуряване на променливо напрежение на Vin, нека използваме потенциометър. Вече знаем, че показаният по-долу потенциометър работи като потенциален разделител за осигуряване на променливо напрежение между 0V до Vsupply (+).
Сега нека да изградим веригата и да проверим как работи.
Строителство
Подобно на предишния урок, ние ще използваме LM358, тъй като е много евтин, лесен за намиране и широко достъпен. Той обаче има два оп-усилвателни канала в един пакет, но ни трябва само един. По-рано сме изградили много вериги, базирани на LM358, можете също да ги проверите. Изображението по-долу е преглед на щифтовата схема на LM358.
След това се нуждаем от PNP транзистор, за целта се използва BD140. Други транзистори също ще работят, но разсейването на топлината е проблем. Следователно пакетът Transistor трябва да има опция за свързване на допълнителен радиатор. BD140 pinout е показан на изображението по-долу -
Друг основен компонент е шунтовият резистор. Нека се придържаме към 47ohms 2watt резистор за този проект. Подробните необходими компоненти са описани в списъка по-долу.
- Операционен усилвател (LM358)
- PNP транзистор (BD140)
- Шунтов резистор (47 ома)
- 1k резистор
- 10k резистор
- Захранване (12V)
- 50k потенциометър
- Дъска за хляб и допълнителни свързващи проводници
Контролирана по напрежение токова верига на мивката работи
Веригата е конструирана в обикновен макет за целите на тестването, както можете да видите на снимката по-долу. За тестване на съоръжението с постоянен ток се използват различни резистори като резистивен товар.
Входното напрежение се променя с помощта на потенциометъра и текущите промени се отразяват в товара. Както се вижда на изображението по-долу, токът 0,16A е потопен от товара. Можете също така да проверите подробната работа във видеото, свързано в долната част на тази страница. Но какво точно се случва във веригата?
Както беше обсъдено по-рано, по време на 8V вход, операционният усилвател ще направи спада на напрежението в шунтиращия резистор за 8V в неговия щифт за обратна връзка. Изходът на операционния усилвател ще включи транзистора, докато шунтиращият резистор не предизвика 8V спад.
Съгласно закона за ома, резисторът ще произведе 8V спад само когато текущият поток е 170mA (.17A). Това е така, защото напрежението = ток x съпротивление. Следователно 8V =.17A x 47 Ома. В този сценарий свързаното резистивно натоварване, което е последователно, както е показано на схемата, също ще допринесе за потока на тока. Операционният усилвател ще включи транзистора и същото количество ток ще бъде потопено на земята като шунтиращия резистор.
Сега, ако напрежението е фиксирано, независимо от резистивното натоварване е свързано, текущият поток ще бъде същият, в противен случай напрежението в операционния усилвател няма да бъде същото като входното напрежение.
По този начин можем да кажем, че токът през товара (токът е хлътнал) е равен на тока през транзистора, който също е равен на тока през шунтиращия резистор. Така че, като пренаредим горното уравнение, Потоков ток от товара = спад на напрежението / съпротивление на шунта.
Както беше обсъдено по-горе, спадът на напрежението ще бъде същият като входното напрежение в операционния усилвател. Следователно, Потоков ток от товара = Входно напрежение / Съпротивление на шунт.
Ако входното напрежение се промени, потокът на тока през товара също ще се промени.
Подобрения в дизайна
- Ако разсейването на топлината е по-голямо, увеличете мощността на шунтиращия резистор. За избор на мощност на шунтиращия резистор може да се използва R w = I 2 R, където R w е мощността на резистора, а I е максималният токов поток и R е стойността на шунтиращия резистор.
- LM358 има два операционни усилвателя в един пакет. Освен това, много операционни усилватели имат два операционни усилвателя в един пакет. Ако входното напрежение е твърде ниско, можете да използвате втория операционен усилвател, за да усилите входното напрежение, както е необходимо.