- Основи на Op-Amp
- Проектиране на източник на ток с контролирано напрежение
- Строителство
- Работен източник на ток с контролирано напрежение
- Подобрения в дизайна
В схемата с източник на ток, контролирана от напрежение, както подсказва името, малко количество напрежение на входа ще пропорционално контролира текущия поток през изходните товари. Този тип верига се използва често в електрониката за задвижване на контролирани от ток устройства като BJT, SCR и т.н. от много типове вериги, един от методите е да се използва тази верига на източник на ток с контролирано напрежение. Можете също така да проверите веригата с постоянен ток, която също може да се използва за задвижване на контролирани от тока устройства.
В този проект ще обясним как може да бъде проектиран източник на ток с контролирано напрежение, използващ оп-усилвател, и също така да го изградим, за да демонстрира своята работа. Този тип верига с контролирано от напрежение източник на ток се нарича още серво серво. Веригата е много проста и може да бъде конструирана с минимален брой компоненти.
Основи на Op-Amp
За да се разбере работата на тази схема е от съществено значение да се знае как работи операционният усилвател.
Горното изображение е единичен операционен усилвател. Усилвателят усилва сигнали, но освен усилващи сигнали, той може да извършва и математически операции. O -усилвателят или операционният усилвател е гръбнакът на аналоговата електроника и се използва в много приложения, като сумиращ усилвател, диференциален усилвател, инструментален усилвател, Op-Amp интегратор и др.
Ако се вгледаме внимателно в горното изображение, има два входа и един изход. Тези два входа имат знак + и -. Положителният вход се нарича неинвертиращ вход, а отрицателният вход се нарича инвертиращ вход.
Първото правило, използвано от усилвателя, е да прави разликата между тези два входа винаги нула. За по-добро разбиране нека видим изображението по-долу -
Горната схема на усилвателя е верига за последователно напрежение. Изходът е свързан към отрицателния терминал, което го прави усилвател с 1 x усилване. Следователно напрежението, дадено на входа, е достъпно през изхода.
Както беше обсъдено по-горе, операционният усилвател прави диференциацията и на двата входа 0. Тъй като изходът е свързан през входния терминал, операционният усилвател ще генерира същото напрежение, което се осигурява на другия входен терминал. Така че, ако 5V е даден през входа, тъй като изходът на усилвателя е свързан към отрицателния терминал, той ще произведе 5V, което в крайна сметка доказва правилото 5V - 5V = 0. Това се случва за всички операции с отрицателна обратна връзка на усилвателите.
Проектиране на източник на ток с контролирано напрежение
По същото правило, нека видим схемата по-долу.
Сега вместо изхода на операционния усилвател, свързан директно към отрицателния вход, отрицателната обратна връзка се получава от шунтиращия резистор, свързан през N-канал MOSFET. Изходът на операционния усилвател е свързан през портата на Mosfet.
Да приемем, че 1V вход е даден през положителния вход на операционния усилвател. Операционният усилвател ще направи пътя на отрицателната обратна връзка 1V на всяка цена. Изходът ще включи MOSFET, за да получи 1V през отрицателния терминал. Правилото на шунтиращия резистор е да произвежда спадащо напрежение според закона на Ома, V = IR. Следователно, 1V напрежение на падане ще се получи, ако 1A ток протича през резистора от 1 Ohm.
Операционният усилвател ще използва това спадащо напрежение и ще получи желаната 1V обратна връзка. Сега, ако свържем товар, който изисква текущ контрол за работа, можем да използваме тази верига и да поставим товара на подходящо място.
Подробната електрическа схема за Op-Amp Voltage контролиран източник на ток може да бъде намерена на изображението по-долу -
Строителство
За да изградим тази схема, ни е необходим операционен усилвател. LM358 е много евтин, лесен за намиране операционен усилвател и е перфектен избор за този проект, но има два канала за усилвател 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 N-канален MOSFET, за този IRF540N се използват и други MOSFET-та, но се уверете, че пакетът MOSFET има опция за свързване на допълнителен радиатор, ако е необходимо и е необходимо внимателно обмисляне при избора на подходящата спецификация на MOSFET според изискванията. Разпределението на IRF540N е показано на изображението по-долу -
Третото изискване е шунтиращият резистор. Нека се придържаме към 1ohms 2w резистор. Необходими са допълнителни два резистора, единият за резистора на MOSFET порта, а другият е резисторът за обратна връзка. Тези две са необходими за намаляване на натоварващия ефект. Спадът между тези два резистора обаче е незначителен.
Сега се нуждаем от източник на захранване, това е бенч захранване. Налични са два канала в захранването на пейката. Един от тях, първият канал се използва за осигуряване на захранване на веригата, а другият, който е вторият канал, използван за осигуряване на променливо напрежение за управление на източника на ток на веригата. Тъй като управляващото напрежение се подава от външен източник, двата канала трябва да са с един и същ потенциал, като по този начин заземяващият извод на втория канал е свързан през заземяващия извод на първия канал.
Това управляващо напрежение обаче може да бъде дадено от променлив делител на напрежението, използвайки всякакъв вид потенциометър. В такъв случай е достатъчно едно захранване. Следователно, следните компоненти са необходими, за да се направи променлив източник на ток с контролирано напрежение -
- Операционен усилвател (LM358)
- MOSFET (IRF540N)
- Шунтов резистор (1 Ohm)
- 1k резистор
- 10k резистор
- Захранване (12V)
- Захранващ блок
- Дъска за хляб и допълнителни свързващи проводници
Работен източник на ток с контролирано напрежение
Веригата е изградена в макет за целите на тестването, както можете да видите на изображението по-долу. Товарът не е свързан във веригата, за да го направи почти идеален 0 Ома (късо) за тестване на текущата операция на управление.
Входното напрежение се променя от 0.1V на 0.5V и текущите промени се отразяват в другия канал. Както се вижда на изображението по-долу, 0,4V вход с 0 токови изтегляния е ефективно направен вторият канал за изтегляне на 400mA ток при 9V изход. Веригата се захранва с 9V захранване.
Можете също да проверите видеоклипа в долната част на тази страница за подробна работа. Той реагира в зависимост от входното напрежение. Например, когато входното напрежение е.4V, операционният усилвател ще отговори, за да има същото напрежение.4V в неговия щифт за обратна връзка. Изходът на операционния усилвател се включва и управлява MOSFET, докато спадът на напрежението в шунтиращия резистор стане.4V.
При този сценарий се прилага законът на Ома. Резисторът ще произведе спад от.4V само ако токът през резистора ще е 400mA (.4A). Това е така, защото напрежението = ток x съпротивление. Следователно,.4V =.4A x 1 Ohm.
При този сценарий, ако свържем товар (резистивен товар) последователно, както е описано в схемата, между положителния терминал на захранването и източващия щифт на MOSFET, операционният усилвател ще включи MOSFET и през товара и резистора ще протече същото количество ток, като се получи същия спад на напрежението, както преди.
По този начин можем да кажем, че токът през товара (токът се доставя) е равен на тока през MOSFET, който също е равен на тока през шунтиращия резистор. Поставяйки го в математическа форма, получаваме, Източник на ток към 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, ако входното напрежение се промени, източникът на ток през товара също ще се промени. Следователно, Източник на ток към товара = Входно напрежение / Съпротивление на шунт.
Подобрения в дизайна
- Увеличаването на мощността на резистора може да подобри разсейването на топлината през шунтиращия резистор. За да се избере мощността на шунтиращия резистор, може да се използва R w = I 2 R, където R w е мощността на резистора и I е максималният източник на ток, а R е стойността на шунтиращия резистор.
- Подобно на LM358, много операционни интегрални схеми имат два операционни усилвателя в един пакет. Ако входното напрежение е твърде ниско, вторият неизползван операционен усилвател може да се използва за усилване на входното напрежение, както е необходимо.
- За подобряване на проблемите с топлината и ефективността могат да се използват MOSFET с ниско съпротивление заедно с подходящ радиатор.