Navrhněte napěťově řízený obvod zdroje proudu pomocí op

V obvodu zdroje proudu řízeného napětím, jak název napovídá, bude malé množství napětí na vstupu proporcionálně řídit tok proudu napříč výstupními zátěžemi. Tento typ obvodu se běžně používá v elektronice k řízení proudově řízených zařízení, jako je BJT, SCR atd. Víme, že v BJT řídí proud protékající základnou tranzistoru, kolik tranzistoru je uzavřeno, může být tento základní proud u mnoha typů obvodů je jednou metodou použití tohoto napěťově řízeného obvodu zdroje proudu. Můžete také zkontrolovat obvod s konstantním proudem, který lze také použít k řízení zařízení řízených proudem.

V tomto projektu vysvětlíme, jak lze navrhnout napěťově řízený zdroj proudu využívající operační zesilovač, a také jej sestavit, abychom předvedli jeho fungování. Tento typ obvodu zdroje proudu s řízeným napětím se také nazývá proudové servo. Obvod je velmi jednoduchý a lze jej zkonstruovat s minimálním počtem komponent.

Základy operačního zesilovače

Pro pochopení fungování tohoto obvodu je nezbytné vědět, jak operační zesilovač funguje.

Obrázek nahoře je jediný operační zesilovač. Zesilovač zesiluje signály, ale kromě zesilování signálů může provádět i matematické operace. O -zesilovač nebo operační zesilovač je páteří analogové elektroniky a používá se v mnoha aplikacích, jako je sumační zesilovač, diferenciální zesilovač, přístrojový zesilovač, integrátor Op-Amp atd.

Podíváme-li se pozorně na výše uvedený obrázek, existují dva vstupy a jeden výstup. Tyto dva vstupy mají znaménko + a -. Kladný vstup se nazývá neinvertující vstup a záporný vstup se nazývá invertující vstup.

Prvním pravidlem, které zesilovač pracoval, je, aby rozdíl mezi těmito dvěma vstupy byl vždy nulový. Pro lepší pochopení se podívejme na obrázek níže -

Výše uvedený obvod zesilovače je obvod sledovače napětí. Výstup je zapojen do záporné svorky, což z něj činí zesilovač zisku 1x. Proto je napětí dané na vstupu k dispozici na výstupu.

Jak již bylo uvedeno výše, operační zesilovač rozlišuje oba vstupy 0. Protože je výstup připojen přes vstupní svorku, operační zesilovač bude produkovat stejné napětí, které je poskytováno přes druhou vstupní svorku. Pokud je tedy na vstupu dáno 5V, protože výstup zesilovače je připojen na zápornou svorku, bude produkovat 5V, což nakonec prokáže pravidlo 5V - 5V = 0. To se děje u všech záporných zpětných vazeb zesilovačů.

Návrh zdroje proudu řízeného napětím

Podle stejného pravidla se podívejme na níže uvedený obvod.

Nyní namísto výstupu operačního zesilovače připojeného přímo k zápornému vstupu je negativní zpětná vazba odvozena z bočního odporu připojeného přes N kanál MOSFET. Výstup operačního zesilovače je připojen přes bránu Mosfet.

Předpokládejme, že vstup 1V je dán kladným vstupem operačního zesilovače. Operační zesilovač vytvoří cestu negativní zpětné vazby 1V za každou cenu. Výstup zapne MOSFET, aby dostal 1V přes záporný terminál. Pravidlem bočního odporu je produkovat poklesové napětí podle Ohmova zákona, V = IR. Proto bude produkováno poklesové napětí 1V, pokud 1A protéká odporem 1 Ohm.

Operační zesilovač použije toto poklesové napětí a získá požadovanou zpětnou vazbu 1 V. Nyní, pokud připojíme zátěž, která vyžaduje ovládání proudu pro provoz, můžeme použít tento obvod a umístit zátěž na vhodné místo.

Podrobné schéma zapojení pro zdroj proudu řízeného napětím Op-Amp najdete na následujícím obrázku -

Konstrukce

Pro konstrukci tohoto obvodu potřebujeme operační zesilovač. LM358 je velmi levný a snadno dostupný operační zesilovač a je ideální volbou pro tento projekt, 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 N Channel MOSFET, protože pro tento IRF540N budou fungovat i jiné MOSFETy, ale ujistěte se, že balíček MOSFET má v případě potřeby možnost připojit další chladič a je třeba pečlivě zvážit výběr příslušné specifikace MOSFET podle potřeby. Pinout IRF540N je zobrazen na následujícím obrázku -

Třetím požadavkem je směšovací rezistor. Pojďme se držet 1ohmového 2wattového rezistoru. Jsou zapotřebí další dva odpory, jeden pro hradlový odpor MOSFET a druhý je zpětnovazební rezistor. Tyto dva jsou potřebné ke snížení efektu načítání. Pokles mezi těmito dvěma odpory je však zanedbatelný.

Nyní potřebujeme zdroj energie, je to stolní napájecí zdroj. V napájecím zdroji jsou k dispozici dva kanály. Jeden z nich, první kanál se používá k napájení obvodu, a druhý, který je druhým kanálem, se používá k poskytování proměnlivého napětí pro řízení zdrojového proudu obvodu. Protože je řídicí napětí přivedeno z externího zdroje, musí být oba kanály ve stejném potenciálu, takže zemnící svorka druhého kanálu je připojena přes zemnící svorku prvního kanálu.

Toto řídicí napětí však může být dáno z proměnného děliče napětí pomocí jakéhokoli potenciometru. V takovém případě stačí jeden napájecí zdroj. Proto jsou k výrobě zdroje proměnného proudu řízeného napětím nutné následující součásti -

1. Operační zesilovač (LM358)
2. MOSFET (IRF540N)
3. Bočníkový rezistor (1 Ohm)
4. 1k rezistor
5. 10k rezistor
6. Napájení (12V)
7. Napájecí jednotka
8. Chlebová deska a další připojovací vodiče

Zdroj proudu řízený napětím pracuje

Obvod je zkonstruován v prkénku pro testování, jak vidíte na obrázku níže. Zátěž není v obvodu připojena, aby byla téměř ideální 0 ohmů (zkratovaná) pro testování aktuálního řídicího provozu.

Vstupní napětí se změní z 0,1 V na 0,5 V a změny proudu se projeví v druhém kanálu. Jak je vidět na následujícím obrázku, vstup 0,4 V s 0 odběrem proudu účinně přiměje druhý kanál k odběru proudu 400 mA při výstupu 9 V. Obvod je napájen napájením 9V.

Můžete také zkontrolovat video ve spodní části této stránky, kde najdete podrobnější informace. Reaguje v závislosti na vstupním napětí. Například když je vstupní napětí 0,4 V, operační zesilovač bude reagovat tak, aby měl ve svém zpětnovazebním kolíku stejné napětí 0,4 V. Výstup op-zesilovače se zapne a řídí MOSFET, dokud pokles napětí na bočním rezistoru nedosáhne 0,4V.

V tomto scénáři se použije zákon Ohms. Rezistor bude produkovat pokles pouze 0,4 V, pokud proud procházející rezistorem bude 400 mA (0,4 A). Je to proto, že napětí = proud x odpor. Proto 0,4 V = 0,4 A x 1 Ohm.

V tomto scénáři, pokud připojíme zátěž (odporovou zátěž) do série stejné, jak je popsáno ve schématu, mezi kladnou svorku napájecího zdroje a odtokový kolík MOSFET, operační zesilovač zapne MOSFET a zátěží a odporem protéká stejné množství proudu a vytváří stejný úbytek napětí jako dříve.

Můžeme tedy říci, že proud skrz zátěž (proud je získáván) se rovná proudu skrz MOSFET, který se také rovná proudu skrz zkratovací rezistor. Dáme-li to do matematické formy, dostaneme

Proud dodávaný do zátěže = pokles napětí / odpor bočníku.

Jak již bylo řečeno, pokles napětí bude stejný jako vstupní napětí na operačním zesilovači. Pokud se tedy změní vstupní napětí, změní se také zdroj proudu procházejícího zátěží. Proto, Proud dodávaný do zátěže = vstupní napětí / odpor bočníku.

Vylepšení designu

1. Zvýšení výkonu rezistoru může zlepšit odvod tepla napříč bočním rezistorem. K volbě příkonu bočního rezistoru lze použít R _w = I ² R, kde R _w je výkon rezistoru a I je maximální zdroj proudu a R je hodnota bočního rezistoru.
2. Stejně jako LM358 má mnoho integrovaných obvodů operačních zesilovačů dva operační zesilovače v jednom balení. Pokud je vstupní napětí příliš nízké, lze podle potřeby použít druhý nevyužitý operační zesilovač k zesílení vstupního napětí.
3. Pro zlepšení tepelných a efektivních problémů lze použít MOSFETy s nízkým odporem spolu se správným chladičem.