Ontwerp een spanningsgestuurd stroombroncircuit met op

In een spanningsgestuurd stroombroncircuit, zoals de naam al aangeeft, zal een kleine hoeveelheid spanning over de ingang proportioneel de stroom over de uitgangsbelastingen regelen. Dit type circuit wordt vaak gebruikt in de elektronica om stroomgestuurde apparaten zoals BJT, SCR, enz. Aan te drijven. We weten dat bij een BJT de stroom die door de basis van de transistor vloeit bepaalt hoeveel transistor er gesloten is, deze basisstroom kan worden geleverd Bij vele soorten schakelingen is één methode het gebruik van dit spanningsgestuurde stroombroncircuit. U kunt ook het constante stroomcircuit controleren, dat ook kan worden gebruikt om stroomgeregelde apparaten aan te sturen.

In dit project zullen we uitleggen hoe een spanningsgestuurde stroombron met op-amp kan worden ontworpen en deze ook bouwen om de werking ervan te demonstreren. Dit type spanningsgestuurde stroombroncircuit wordt ook wel een stroomservo genoemd. De schakeling is heel eenvoudig en kan met een minimum aan componenten worden opgebouwd.

Basisprincipes van Op-Amp

Om de werking van dit circuit te begrijpen, is het essentieel om te weten hoe een operationele versterker werkt.

De bovenstaande afbeelding is een enkele operationele versterker. Een versterker versterkt signalen, maar kan behalve het versterken van signalen ook wiskundige bewerkingen uitvoeren. O p-amp of operationele versterker is de ruggengraat van analoge elektronica en wordt in veel toepassingen gebruikt, zoals sommerende versterker, differentiële versterker, instrumentatieversterker, Op-Amp-integrator, enz.

Als we goed kijken in de bovenstaande afbeelding, zijn er twee ingangen en één uitgang. Deze twee ingangen hebben een + en - teken. De positieve ingang wordt een niet-inverterende ingang genoemd en de negatieve ingang wordt een inverterende ingang genoemd.

De eerste regel waarmee de versterker werkte, is dat het verschil tussen deze twee ingangen altijd nul is. Laten we voor een beter begrip de onderstaande afbeelding bekijken -

Het bovenstaande versterkercircuit is een spanningsvolgcircuit. De uitgang is verbonden met de negatieve aansluiting waardoor het een 1x versterkingsversterker is. Daarom is de spanning die over de ingang wordt gegeven, beschikbaar over de uitgang.

Zoals eerder besproken, maakt de operationele versterker de differentiatie van beide ingangen 0. Omdat de uitgang is aangesloten op de ingangsklem, zal de op-amp dezelfde spanning produceren die wordt geleverd over de andere ingangsklem. Dus als 5V wordt gegeven over de ingang, zal de versterkeruitgang op de minpool worden aangesloten, zal deze 5V produceren, wat uiteindelijk de regel 5V - 5V = 0 bewijst. Dit gebeurt voor alle negatieve terugkoppelingswerking van versterkers.

Een spanningsgestuurde stroombron ontwerpen

Laten we volgens dezelfde regel het onderstaande circuit bekijken.

Nu in plaats van de uitgang van de op-amp die rechtstreeks op de negatieve ingang is aangesloten, wordt negatieve feedback afgeleid van de shuntweerstand die is aangesloten via een N-kanaal MOSFET. De op-amp-uitgang is verbonden via de Mosfet-poort.

Laten we aannemen dat 1V-invoer wordt gegeven over de positieve invoer van de op-amp. De Op-amp zal het negatieve feedbackpad koste wat kost 1V maken. De uitvoer schakelt de MOSFET in om 1V over de negatieve pool te krijgen. De regel van de shuntweerstand is om een ​​valspanning te produceren volgens de wet van Ohm, V = IR. Daarom wordt een 1V-afvalspanning geproduceerd als 1A stroom door de 1 Ohm-weerstand vloeit.

De op-amp gebruikt deze drop-spanning en krijgt de gewenste 1V-feedback. Als we nu een belasting aansluiten die stroomregeling nodig heeft om te kunnen werken, kunnen we dit circuit gebruiken en de belasting op een geschikte locatie plaatsen.

Het gedetailleerde schakelschema voor Op-Amp Voltage-gestuurde stroombron is te vinden in de onderstaande afbeelding -

Bouw

Om dit circuit te bouwen, hebben we een op-amp nodig. LM358 is een erg goedkope, gemakkelijk te vinden op-amp, en het is een perfecte keuze voor dit project, maar het heeft 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 N-kanaal MOSFET nodig, want deze IRF540N wordt gebruikt, andere MOSFET's zullen ook werken, maar zorg ervoor dat het MOSFET-pakket een optie heeft om indien nodig een extra koellichaam aan te sluiten en er moet zorgvuldig worden overwogen om de juiste specificatie van de MOSFET zoals vereist. IRF540N pinout wordt getoond in de onderstaande afbeelding -

De derde vereiste is de shuntweerstand. Laten we vasthouden aan een weerstand van 1 ohm en 2 watt. Er zijn twee extra weerstanden nodig, één voor de MOSFET- poortweerstand en de andere is de feedbackweerstand. Deze twee zijn nodig om het laadeffect te verminderen. De daling tussen deze twee weerstanden is echter verwaarloosbaar.

Nu hebben we een stroombron nodig, het is een bankvoeding. Er zijn twee kanalen beschikbaar in de bankvoeding. Een daarvan, het eerste kanaal, wordt gebruikt om het circuit van stroom te voorzien en het andere, het tweede kanaal dat wordt gebruikt om de variabele spanning te leveren om de bronstroom van het circuit te regelen. Aangezien de stuurspanning wordt aangelegd vanaf een externe bron, moeten beide kanalen zich in hetzelfde potentiaal bevinden, dus is de aardklem van het tweede kanaal verbonden met de aardklem van het eerste kanaal.

Deze stuurspanning kan echter worden gegeven door een variabele spanningsdeler met behulp van een willekeurige potentiometer. In dat geval is een enkele stroomvoorziening voldoende. Daarom zijn de volgende componenten vereist om een ​​spanningsgestuurde variabele stroombron te maken:

1. Op-amp (LM358)
2. MOSFET (IRF540N)
3. Shuntweerstand (1 Ohm)
4. 1k weerstand
5. 10k weerstand
6. Stroomvoorziening (12V)
7. Voedingseenheid
8. Broodplank en extra aansluitdraden

Spanningsgestuurde stroombron werkt

Het circuit is voor testdoeleinden geconstrueerd in een breadboard, zoals je kunt zien in de onderstaande afbeelding. De belasting is niet aangesloten in het circuit om het een bijna ideale 0 Ohm (kortgesloten) te maken voor het testen van de huidige besturingswerking.

De ingangsspanning wordt gewijzigd van 0,1 V naar 0,5 V en de stroomveranderingen worden weerspiegeld in het andere kanaal. Zoals te zien is in de onderstaande afbeelding, wordt 0.4V-ingang met 0 stroomafnames in feite het tweede kanaal gemaakt dat 400mA stroom trekt bij 9V-uitvoer. Het circuit wordt gevoed met een 9V-voeding.

Je kunt ook de video onderaan deze pagina bekijken voor gedetailleerde informatie. Het reageert afhankelijk van de ingangsspanning. Als de ingangsspanning bijvoorbeeld.4V is, reageert de op-amp om dezelfde spanning.4V in zijn feedbackpin te hebben. De uitgang van de op-amp wordt ingeschakeld en de MOSFET wordt bestuurd totdat de spanningsval over de shuntweerstand 0,4 V werd.

In dit scenario wordt de wet van Ohms toegepast. De weerstand zal alleen een daling van 0,4 V produceren als de stroom door de weerstand 400 mA (0,4 A) is. Dit komt omdat spanning = stroom x weerstand. Daarom is.4V =.4A x 1 Ohm.

Als we in dit scenario een belasting (weerstandsbelasting) in serie aansluiten, zoals beschreven in het schema, tussen de positieve aansluiting van de voeding en de afvoerpin van de MOSFET, zal de op-amp de MOSFET en de dezelfde hoeveelheid stroom zal door de belasting en de weerstand stromen door dezelfde spanningsval als voorheen te produceren.

We kunnen dus zeggen dat de stroom door de belasting (stroom wordt geleverd) gelijk is aan de stroom door de MOSFET die ook gelijk is aan de stroom door de shuntweerstand. Als we het in een wiskundige vorm plaatsen, krijgen we

Stroom afkomstig van de belasting = spanningsval / shuntweerstand.

Zoals eerder besproken, is de spanningsval hetzelfde als de ingangsspanning over de op-amp. Daarom, als de ingangsspanning wordt gewijzigd, zal de stroombron door de belasting ook veranderen. Vandaar, Stroom afkomstig van de belasting = ingangsspanning / shuntweerstand.

Ontwerpverbeteringen

1. De toename van het weerstandsvermogen kan de warmteafvoer over de shuntweerstand verbeteren. Om het wattage van de shuntweerstand te kiezen, kan R _w = I ² R worden gebruikt, waarbij R _w het weerstandsvermogen is en I de maximale bronstroom, en R de waarde van de shuntweerstand.
2. Hetzelfde als LM358, veel op-amp IC's hebben twee op-amps in één pakket. Als de ingangsspanning te laag is, kan de tweede ongebruikte op-amp worden gebruikt om de ingangsspanning naar wens te versterken.
3. Voor de verbetering van de thermische en efficiëntieproblemen kunnen MOSFET's met lage weerstand worden gebruikt in combinatie met de juiste warmteafleider.