- Co je obvod s konstantním proudem?
- Napěťově řízený pokles proudu pomocí Op-Amp
- Konstrukce
- Obvod napájecího proudu s řízeným napětím pracuje
- Vylepšení designu
Proudový zdroj a proudový jímka jsou dva hlavní pojmy používané v designu elektroniky, tyto dva pojmy určují, kolik proudu může opustit nebo vstoupit do terminálu. Například jímka a zdrojový proud typického digitálního výstupního kolíku mikrokontroléru 8051 je 1,6 mA, respektive 60uA. To znamená, že pin může dodávat (zdroj) až 60uA, když je nastaven na Vysoký, a může přijímat (potopit) až 1,6 mA, pokud je nastaven na Nízký. Během našeho návrhu obvodu musíme někdy postavit vlastní zdroj proudu a proudové jímky. V předchozím tutoriálu jsme vytvořili obvod zdroje napětí řízený napětím pomocí běžných operačních zesilovačů a MOSFET, které lze použít k získání proudu do zátěže, ale v některých případech místo zdroje zdroje budeme potřebovat možnost potopení proudu.
Proto se v tomto tutoriálu naučíme, jak vytvořit napěťově řízený obvod jímky konstantního proudu. Napěťově řízený obvod klesajícího konstantního proudu, jak název napovídá, řídí množství proudu, který jím prochází, na základě použitého napětí. Než budeme pokračovat v konstrukci obvodů, pojďme pochopit obvod klesajícího proudu s konstantním proudem.
Co je obvod s konstantním proudem?
Obvod s konstantním proudem ve skutečnosti snižuje proud bez ohledu na odpor zátěže, pokud se nezmění vstupní napětí. Pro obvod s odporem 1 ohm napájený vstupem 1 V je konstantní proud podle Ohmova zákona 1A. Pokud však Ohmův zákon rozhodne, kolik proudu protéká obvodem, tak proč potřebujeme zdroj konstantního proudu a obvod potopení proudu?
Jak můžete vidět z výše uvedeného obrázku, obvod zdroje proudu poskytuje proud pro řízení zátěže. O množství přijímaného proudu bude rozhodnuto obvodem zdroje proudu, protože funguje jako zdroj energie. Obdobně proudový jímací obvod funguje jako uzemnění, množství proudu, které zátěž přijímá, bude opět řízeno proudovým jímacím obvodem. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že zdrojový obvod musí napájet (napájet) dostatečný proud do zátěže, zatímco obvod jímky musí pouze omezit proud procházející obvodem.
Napěťově řízený pokles proudu pomocí Op-Amp
Napěťově řízený obvod jímky konstantního proudu funguje přesně stejným způsobem jako obvod zdroje napětí řízeného proudem, který jsme postavili dříve.
Pro proudový obvod je připojení op-zesilovače změněno, to znamená, že záporný vstup je připojen k bočníku. To poskytne operačnímu zesilovači potřebnou negativní zpětnou vazbu. Pak máme PNP tranzistor, který je připojen přes výstup op-zesilovače, takže výstupní pin op-amp může řídit tranzistor PNP. Nyní si vždy pamatujte, že operační zesilovač se pokusí vyrovnat napětí na obou vstupech (kladných i záporných).
Předpokládejme, že vstup 1V je dán kladným vstupem operačního zesilovače. Operační zesilovač se nyní pokusí vytvořit druhý záporný vstup také jako 1V. Jak je to ale možné udělat? Výstup operačního zesilovače zapne tranzistor tak, že druhý vstup získá 1V z našeho Vsupply.
Bočníkový rezistor bude produkovat poklesové napětí podle Ohmova zákona, V = IR. Proto 1A proudu protékajícího tranzistorem vytvoří poklesové napětí 1V. Tranzistor PNP tento proud 1 A potopí a operační zesilovač použije tento pokles napětí a získá požadovanou zpětnou vazbu 1 V. Tímto způsobem bude změna vstupního napětí řídit základnu i proud skrz bočníkový rezistor. Nyní pojďme představit zátěž, která musí být řízena do našeho obvodu.
Jak vidíte, již jsme navrhli napěťově řízené proudové obvody pomocí Op-Amp. Ale pro praktickou demonstraci použijeme místo RPS k zajištění proměnného napětí pro Vin, potenciometr. Již víme, že níže uvedený potenciometr funguje jako dělič potenciálu, který poskytuje proměnné napětí mezi 0V až Vsupply (+).
Nyní vytvořme obvod a zkontrolujte, jak to funguje.
Konstrukce
Stejně jako v předchozím výukovém programu použijeme LM358, protože je velmi levný, snadno dostupný a široce dostupný. Má však dva kanály operačních zesilovačů v jednom balíčku, ale potřebujeme pouze jeden. Dříve jsme sestavili mnoho obvodů založených na LM358, můžete si je také prohlédnout. Na následujícím obrázku je přehled pinového diagramu LM358.
Dále potřebujeme PNP tranzistor, pro tento účel se používá BD140. Budou fungovat i další tranzistory, ale problémem je rozptyl tepla. Balíček tranzistorů proto musí mít možnost připojit další chladič. Pinout BD140 je zobrazen na následujícím obrázku -
Další hlavní komponentou je Shunt Resistor. Pojďme se u tohoto projektu zapojit do 47ohmového 2wattového odporu. Podrobně požadované komponenty jsou popsány v následujícím seznamu.
- Operační zesilovač (LM358)
- Tranzistor PNP (BD140)
- Bočníkový rezistor (47 ohmů)
- 1k rezistor
- 10k rezistor
- Napájení (12V)
- 50k potenciometr
- Chlebová deska a další připojovací vodiče
Obvod napájecího proudu s řízeným napětím pracuje
Obvod je pro účely testování zkonstruován v jednoduchém prkénku, jak vidíte na následujícím obrázku. Pro testování zařízení s konstantním proudem se jako odporová zátěž používají různé odpory.
Vstupní napětí se mění pomocí potenciometru a změny proudu se projeví v zátěži. Jak je vidět na následujícím obrázku, proud 0,16 A je potopen zátěží. Můžete také zkontrolovat podrobnou práci ve videu, na které odkazujete ve spodní části této stránky. Ale co se přesně děje uvnitř obvodu?
Jak již bylo zmíněno výše, během 8V vstupu operační zesilovač způsobí pokles napětí napříč bočním rezistorem na 8V ve svém zpětnovazebním kolíku. Výstup operačního zesilovače zapne tranzistor, dokud nebude bočníkový rezistor produkovat pokles 8V.
Podle Ohmova zákona rezistor vyprodukuje pokles 8V, pouze když je proudový proud 170mA (0,17A). Je to proto, že napětí = proud x odpor. Proto 8V = 0,17A x 47 Ohmů. V tomto scénáři připojené odporové zatížení, které je v sérii, jak je znázorněno na schématu, také přispěje k toku proudu. Operační zesilovač zapne tranzistor a stejné množství proudu bude potopeno na zem jako zkratovací odpor.
Nyní, pokud je napětí pevné, bez ohledu na to, jaká je připojena odporová zátěž, bude tok proudu stejný, jinak nebude napětí na operačním zesilovači stejné jako vstupní napětí.
Můžeme tedy říci, že proud procházející zátěží (proud je potopen) se rovná proudu procházejícímu tranzistorem, který se rovněž rovná proudu procházející bočním odporem. Přeskupením výše uvedené rovnice tedy
Pokles proudu zátěží = pokles napětí / odpor bočníku.
Jak již bylo řečeno, pokles napětí bude stejný jako vstupní napětí na operačním zesilovači. Proto, Pokles proudu zátěží = vstupní napětí / odpor bočníku.
Pokud se změní vstupní napětí, změní se také pokles proudu přes zátěž.
Vylepšení designu
- Pokud je rozptyl tepla vyšší, zvyšte výkon bočního odporu. Pro výběr příkonu bočního rezistoru lze použít R w = I 2 R, kde R w je výkon rezistoru a I je maximální proudový proud a R je hodnota bočního rezistoru.
- LM358 má dva operační zesilovače v jednom balení. Kromě toho má mnoho integrovaných obvodů operačních zesilovačů dva operační zesilovače v jednom balení. Pokud je vstupní napětí příliš nízké, lze podle potřeby použít druhý operační zesilovač k zesílení vstupního napětí.