Ontwerp een eenvoudig circuit met constante stroom met op

Current Source en Current sink zijn twee belangrijke termen die worden gebruikt bij het ontwerpen van elektronica, deze twee termen bepalen hoeveel stroom een terminal kan verlaten of binnenkomen. De sink- en source-stroom van een typische 8051 Microcontroller digitale uitgangspen is bijvoorbeeld respectievelijk 1,6 mA en 60uA. Dit betekent dat de pin tot 60uA kan leveren (bron) als deze hoog is gemaakt en tot 1,6 mA kan ontvangen (zinken) als deze laag is gemaakt. Tijdens ons circuitontwerp moeten we soms onze eigen stroombron- en stroomafvoercircuits bouwen. In de vorige zelfstudie hebben we een spanningsgestuurd stroombroncircuit gebouwd met behulp van gewone op-amp en MOSFET die kunnen worden gebruikt voor het sourcen van stroom naar een belasting, maar in sommige gevallen hebben we in plaats van de sourcingstroom een current sink-optie nodig.

Daarom zullen we in deze tutorial leren hoe we een spanningsgestuurd circuit met constante stroomafvoer kunnen bouwen. Een spanningsgestuurde constante stroomafvoercircuit, zoals de naam suggereert, regelt de hoeveelheid stroom die erdoorheen wordt gezonken op basis van de toegepaste spanning. Voordat we verder gaan met de constructie van het circuit, laten we het circuit met constante stroomafvoer begrijpen.

Wat is een constant current sink-circuit?

Een constante stroomafvoercircuit zakt in feite de stroom, ongeacht de belastingsweerstand, zolang de ingangsspanning niet wordt gewijzigd. Voor een circuit met een weerstand van 1 ohm, gevoed via 1V-ingang, is de constante stroom 1A volgens de wet van Ohm. Maar als de wet van Ohm bepaalt hoeveel stroom er door een circuit stroomt, waarom hebben we dan een constante stroombron en een stroomafvoercircuit nodig?

Zoals u op de bovenstaande afbeelding kunt zien, levert een stroombroncircuit stroom om de belasting aan te drijven. De hoeveelheid ontvangen stroombelasting wordt bepaald door het stroombroncircuit, aangezien het als voeding fungeert. Evenzo werkt het current sink-circuit als een aarde, opnieuw zal de hoeveelheid stroom die de belasting ontvangt worden geregeld door het current-sink-circuit. Het belangrijkste verschil is dat het sourcecircuit naar de source (supply) voldoende stroom heeft voor de belasting, terwijl het sinkcircuit de stroom door het circuit juist moet begrenzen.

Spanningsgestuurde stroomafvoer met Op-Amp

Een spanningsgestuurd circuit met constante stroomafvoer werkt precies op dezelfde manier als een spanningsgestuurd stroombroncircuit dat we eerder hebben gebouwd.

Voor een current sink-circuit is de op-amp-verbinding gewijzigd, dat wil zeggen dat de negatieve ingang is verbonden met een shuntweerstand. Dit geeft de nodige negatieve feedback aan de op-amp. Dan hebben we een PNP-transistor, die is aangesloten over de Op-amp-uitgang, zodat de op-amp-uitgangspen de PNP-transistor kan aansturen. Onthoud nu altijd dat een Op-Amp zal proberen de spanning aan beide ingangen (positief en negatief) gelijk te maken.

Laten we aannemen dat 1V-invoer wordt gegeven over de positieve invoer van de op-amp. De Op-amp zal nu proberen om de andere negatieve input ook als 1V te maken. Maar hoe doe je dat? De output van de op-amp zet de transistor aan op een manier dat de andere input 1V krijgt van onze Vsupply.

De shuntweerstand zal een afvalspanning produceren volgens de wet van Ohm, V = IR. Daarom zal 1A stroom door de transistor een valspanning van 1V creëren. De PNP-transistor zal deze 1A stroom laten zinken en de op-amp zal deze spanningsval gebruiken en de gewenste 1V-feedback krijgen. Op deze manier zal het veranderen van de ingangsspanning zowel de basis als de stroom door de shuntweerstand regelen. Laten we nu de belasting die moet worden gecontroleerd in ons circuit introduceren.

Zoals u kunt zien, hebben we al spanningsgestuurde stroomafvoercircuits ontworpen met behulp van Op-Amp. Maar laten we voor praktische demonstratie, in plaats van een RPS te gebruiken om Vin een variabele spanning te geven, een potentiometer gebruiken. We weten al dat de onderstaande potentiometer werkt als een potentiometer om een variabele spanning tussen 0V en Vsupply (+) te leveren.

Laten we nu het circuit bouwen en kijken hoe het werkt.

Bouw

Hetzelfde als de vorige tutorial, we zullen LM358 gebruiken omdat het erg goedkoop, gemakkelijk te vinden en overal verkrijgbaar is. Het heeft echter twee op-amp-kanalen in één pakket, maar we hebben er maar één nodig. We hebben eerder veel op LM358 gebaseerde circuits gebouwd, je kunt ze ook bekijken. De onderstaande afbeelding is een overzicht van het LM358-pin-diagram.

Vervolgens hebben we een PNP-transistor nodig, hiervoor wordt BD140 gebruikt. Andere transistors werken ook, maar warmteafvoer is een probleem. Daarom moet het transistorpakket een optie hebben om een extra koellichaam aan te sluiten. BD140 pinout wordt getoond in de onderstaande afbeelding -

Een ander belangrijk onderdeel is de shuntweerstand. Laten we voor dit project in een weerstand van 47ohms 2watt blijven. De details van de vereiste componenten worden beschreven in de onderstaande lijst.

Op-amp (LM358)
PNP-transistor (BD140)
Shuntweerstand (47 ohm)
1k weerstand
10k weerstand
Stroomvoorziening (12V)
50k potmeter
Broodplank en extra aansluitdraden

Spanningsgestuurde stroomafvoercircuit werkt

Het circuit is geconstrueerd in een eenvoudig breadboard voor testdoeleinden, zoals je kunt zien in de onderstaande afbeelding. Om de constante stroomvoorziening te testen, worden verschillende weerstanden gebruikt als ohmse belasting.

De ingangsspanning wordt gewijzigd met behulp van de potentiometer en de stroomveranderingen worden weerspiegeld in de belasting. Zoals te zien is in de onderstaande afbeelding, wordt 0,16 A stroom verzonken door de belasting. Je kunt ook de gedetailleerde werking bekijken in de video die onderaan deze pagina is gelinkt. Maar wat gebeurt er precies in het circuit?

Zoals eerder besproken, zal de op-amp tijdens de 8V-invoer de spanning over de shuntweerstand laten dalen voor 8V in zijn feedbackpin. De uitvoer van de op-amp zal de transistor inschakelen totdat de shuntweerstand een 8V-daling produceert.

Volgens de Ohm-wet zal de weerstand alleen een daling van 8V produceren als de stroom 170mA (.17A) is. Dit komt omdat spanning = stroom x weerstand. Daarom 8V =.17A x 47 Ohm. In dit scenario zal de aangesloten ohmse belasting die in serie is, zoals weergegeven in het schema, ook bijdragen aan de stroomstroom. De op-amp zal de transistor inschakelen en dezelfde hoeveelheid stroom zal naar de grond worden gezonken als de shuntweerstand.

Als de spanning nu vaststaat, ongeacht welke resistieve belasting dan ook is aangesloten, zal de stroom hetzelfde zijn, anders zal de spanning over de op-amp niet hetzelfde zijn als de ingangsspanning.

We kunnen dus zeggen dat de stroom door de belasting (stroom is verzonken) gelijk is aan de stroom door de transistor die ook gelijk is aan de stroom door de shuntweerstand. Dus door de bovenstaande vergelijking te herschikken, Huidige afname door de belasting = spanningsval / shuntweerstand.

Zoals eerder besproken, is de spanningsval hetzelfde als de ingangsspanning over de op-amp. Daarom

Stroomafname door de belasting = ingangsspanning / shuntweerstand.

Als de ingangsspanning wordt gewijzigd, verandert de stroom door de belasting ook.

Ontwerpverbeteringen

Als de warmteafvoer hoger is, verhoogt u het wattage van de shuntweerstand. Voor het selecteren van het wattage van de shuntweerstand, kan R _w = I ² R worden gebruikt, waarbij R _w het weerstandsvermogen is en I de maximale stroom is en R de waarde van de shuntweerstand.
LM358 heeft twee op-amps in één pakket. Anders dan dit, hebben veel op-amp-IC's twee op-amps in één pakket. Als de ingangsspanning te laag is, kan men de tweede op-amp gebruiken om de ingangsspanning naar wens te versterken.