- Grunnleggende om Op-Amp
- Designe en spenningsstyrt strømkilde
- Konstruksjon
- Spenningsstyrt strømkilde fungerer
- Designforbedringer
I en spenningsstyrt strømkildekrets, som navnet antyder, vil en liten mengde spenning over inngangen proporsjonalt kontrollere strømmen over utgangsbelastningene. Denne typen krets brukes ofte i elektronikk for å drive strømstyrte enheter som BJT, SCR, etc. Vi vet at i en BJT kan strømmen som strømmer gjennom basen av transistoren kontrollere hvor mye transistoren er lukket, denne basestrømmen kan tilveiebringes av mange typer kretser, er en metode å bruke denne spenningsstyrte strømkildekretsen. Du kan også sjekke konstantstrømskretsen som også kan brukes til å kjøre strømstyrte enheter.
I dette prosjektet vil vi forklare hvordan en spenningsstyrt strømkilde ved hjelp av op-amp kan utformes, og også bygge den for å demonstrere at den fungerer. Denne typen spenningsstyrt strømkildekrets kalles også en strømserve. Kretsen er veldig enkel og kan konstrueres med et minimum antall komponenter.
Grunnleggende om Op-Amp
For å forstå hvordan kretsen fungerer, er det viktig å vite hvordan en operasjonsforsterker fungerer.
Ovennevnte bilde er en enkelt operasjonsforsterker. En forsterker forsterker signaler, men bortsett fra å forsterke signaler, kan den også gjøre matematiske operasjoner. O p-amp eller operasjonsforsterker er ryggraden i Analog Electronics og brukes i mange applikasjoner, for eksempel Summing Forsterker, differensialforsterker, Instrumentasjonsforsterker, Op-Amp Integrator, etc.
Hvis vi ser nøye på bildet ovenfor, er det to innganger og en utgang. Disse to inngangene har + og - tegn. Den positive inngangen kalles ikke-inverterende inngang og den negative inngangen kalles inverterende inngang.
Den første regelen som forsterkeren pleide å jobbe, er å gjøre forskjellen mellom disse to inngangene alltid null. For bedre forståelse, la oss se nedenstående bilde -
Ovennevnte forsterkerkrets er en spenningsfølgerkrets. Utgangen er koblet til den negative terminalen, noe som gjør den til en 1x forsterkning. Derfor er spenningen gitt over inngangen tilgjengelig over utgangen.
Som diskutert tidligere, gjør operasjonsforsterkeren differensiering av begge inngangene 0. Ettersom utgangen er koblet over inngangsterminalen, vil op-forsterkeren produsere den samme spenningen som tilføres over den andre inngangsterminalen. Så hvis 5V blir gitt over inngangen, da forsterkerutgangen er koblet til den negative terminalen, vil den produsere 5V som til slutt beviser regelen 5V - 5V = 0. Dette skjer for all negativ tilbakemeldingsoperasjon av forsterkere.
Designe en spenningsstyrt strømkilde
La oss se kretsen nedenfor med samme regel.
Nå, i stedet for utgangen fra op-forsterkeren som er koblet til den negative inngangen direkte, kommer negativ tilbakemelding fra shuntmotstanden som er koblet over en N-kanal MOSFET. Op-amp-utgangen er koblet over Mosfet-porten.
La oss anta at 1V-inngang er gitt over den positive inngangen til op-amp. Op-amp vil gjøre den negative tilbakemeldingsbanen 1V for enhver pris. Utgangen vil slå på MOSFET for å få 1V over den negative terminalen. Regelen for shuntmotstanden er å produsere en fallspenning i henhold til Ohms lov, V = IR. Derfor vil 1V fallspenning produseres hvis 1A strøm strømmer gjennom 1 Ohm motstanden.
Op-amp vil bruke denne fallspenningen og få ønsket 1V tilbakemelding. Nå, hvis vi kobler til en last som krever strømstyring for drift, kan vi bruke denne kretsen og plassere lasten på et passende sted.
Det detaljerte kretsskjemaet for Op-Amp spenningsstyrt strømkilde finner du i bildet nedenfor -
Konstruksjon
For å konstruere denne kretsen trenger vi en op-amp. LM358 er en veldig billig, lett å finne op-amp, og det er et perfekt valg for dette prosjektet, men den har to op-amp-kanaler i en pakke, men vi trenger bare en. Vi har tidligere bygget mange LM358-baserte kretser, du kan også sjekke dem ut. Bildet nedenfor er en oversikt over LM358-pin-diagrammet.
Deretter trenger vi en N-kanal MOSFET, for denne IRF540N brukes, vil andre MOSFET-er også fungere, men sørg for at MOSFET-pakken har en mulighet til å koble til ekstra kjøleribbe om nødvendig og nøye vurdering er nødvendig for å velge riktig spesifikasjon av MOSFET etter behov. IRF540N pinout vises i bildet nedenfor -
Det tredje kravet er shuntmotstanden. La oss holde oss til 1 ohm 2 watt motstand. Ytterligere to motstander kreves, en for MOSFET- portmotstanden og den andre er tilbakemeldingsmotstanden. Disse to er nødvendige for å redusere belastningseffekten. Imidlertid er fallet mellom disse to motstandene ubetydelig.
Nå trenger vi en strømkilde, det er en benkestrømforsyning. Det er to kanaler tilgjengelig i benken strømforsyning. En av dem, den første kanalen brukes til å gi strøm til kretsen og den andre som er den andre kanalen som brukes til å gi den variable spenningen for å kontrollere kildestrømmen til kretsen. Da styrespenningen påføres fra en ekstern kilde, må begge kanalene ha samme potensial, og dermed er jordterminalen til den andre kanalen koblet over den første kanalens jordterminal.
Imidlertid kan denne kontrollspenningen gis fra en variabel spenningsdeler ved hjelp av alle slags potensiometer. I et slikt tilfelle er en enkelt strømforsyning tilstrekkelig. Derfor kreves følgende komponenter for å lage en spenningsstyrt variabel strømkilde -
- Op-amp (LM358)
- MOSFET (IRF540N)
- Shunt-motstand (1 Ohm)
- 1k motstand
- 10k motstand
- Strømforsyning (12V)
- Strømforsyningsenhet
- Brettbrett og ekstra tilkoblingsledninger
Spenningsstyrt strømkilde fungerer
Kretsen er konstruert i et brødbord for testformål, som du kan se på bildet nedenfor. Belastningen er ikke koblet til kretsen for å gjøre den til en nesten ideell 0 ohm (kortsluttet) for å teste den nåværende kontrolloperasjonen.
Inngangsspenningen endres fra 0,1V til 0,5V, og strømendringene gjenspeiles i den andre kanalen. Som vist på bildet nedenfor, er 0,4V inngang med 0 strømtrekk effektivt gjort til den andre kanalen for å trekke 400mA strøm ved 9V utgang. Kretsen får strøm ved hjelp av en 9V forsyning.
Du kan også sjekke videoen nederst på denne siden for detaljert arbeid. Den reagerer avhengig av inngangsspenningen. For eksempel, når inngangsspenningen er.4V, vil op-forsterkeren svare for å ha samme spenning.4V i tilbakemeldingspinnen. Utgangen fra op-amp slår på og styrer MOSFET til spenningsfallet over shuntmotstanden ble.4V.
Ohms-loven brukes i dette scenariet. Motstanden vil bare produsere.4V fall hvis strømmen gjennom motstanden vil være 400mA (.4A). Dette er fordi spenning = strøm x motstand. Derfor er.4V =.4A x 1 Ohm.
I dette scenariet, hvis vi kobler en belastning (motstandsbelastning) i serie som beskrevet i skjemaet, mellom den positive terminalen på strømforsyningen og avløpspinnen til MOSFET, vil op-amp slå på MOSFET og samme mengde strøm vil strømme gjennom belastningen og motstanden ved å produsere samme spenningsfall som før.
Dermed kan vi si at strømmen gjennom belastningen (strøm hentes) er lik strømmen gjennom MOSFET, som også er lik strømmen gjennom shuntmotstanden. Å sette den i en matematisk form vi får, Strøm hentet til belastningen = Spenningsfall / Shunt-motstand.
Som diskutert tidligere, vil spenningsfallet være det samme som inngangsspenningen over op-amp. Derfor, hvis inngangsspenningen endres, vil også strømkilden gjennom belastningen endres. Derfor, Strøm hentet til belastningen = Inngangsspenning / Shunt-motstand.
Designforbedringer
- Økningen av motstandseffekten kan forbedre varmespredningen over shuntmotstanden. For å velge effekten av shuntmotstanden, R w = I 2- R kan bli brukt, hvor R w er motstandswattstyrke og I er den maksimale strøm hentet, og R er verdien av shunt-motstand.
- Det samme som LM358, mange op-amp ICer har to op-forsterkere i en enkelt pakke. Hvis inngangsspenningen er for lav, kan den andre ubrukte op-amp brukes til å forsterke inngangsspenningen etter behov.
- For å forbedre de termiske og effektivitetsproblemene kan MOSFET-er med lav motstand brukes sammen med riktig kjøleribbe.