Reka litar sumber arus terkawal voltan menggunakan op

Dalam litar sumber arus yang dikawal voltan, seperti namanya, sejumlah kecil voltan di seluruh input akan mengawal aliran arus ke seluruh beban keluaran. Litar jenis ini biasanya digunakan dalam elektronik untuk menggerakkan peranti yang dikawal arus seperti BJT, SCR, dan lain-lain. Kita tahu bahawa dalam BJT arus yang mengalir melalui dasar transistor mengawal berapa banyak transistor ditutup, arus asas ini dapat disediakan oleh banyak jenis litar, satu kaedah adalah dengan menggunakan litar sumber arus terkawal voltan ini. Anda juga boleh memeriksa litar arus tetap yang juga boleh digunakan untuk menggerakkan peranti yang dikawal arus.

Dalam projek ini, kami akan menerangkan bagaimana sumber arus yang dikawal voltan menggunakan op-amp dapat dirancang dan juga membinanya untuk menunjukkan kerjanya. Jenis litar sumber arus terkawal voltan ini juga dipanggil servo arus. Litar ini sangat mudah dan boleh dibina dengan bilangan komponen minimum.

Asas Op-Amp

Untuk memahami cara kerja litar ini, penting untuk mengetahui bagaimana penguat operasi berfungsi.

Gambar di atas adalah penguat operasi tunggal. Penguat menguatkan isyarat, tetapi selain daripada menguatkan isyarat, ia juga dapat melakukan operasi matematik. O p-amp atau Operational Amplifier adalah tulang belakang Analog Electronics dan digunakan dalam banyak aplikasi, seperti Summing Amplifier, diferensial amplifier, Instrumentation Amplifier, Op-Amp Integrator, dll.

Sekiranya kita melihat dengan teliti pada gambar di atas, terdapat dua input dan satu output. Kedua-dua input tersebut mempunyai tanda + dan -. Input positif disebut sebagai input tidak berubah dan input negatif disebut input terbalik.

Peraturan pertama yang digunakan penguat adalah membuat perbezaan antara kedua input ini selalu sifar. Untuk pemahaman yang lebih baik mari lihat gambar di bawah -

Litar penguat di atas adalah litar pengikut voltan. Output disambungkan di terminal negatif menjadikannya penguat kenaikan 1x. Oleh itu, voltan yang diberikan di seluruh input tersedia di seluruh output.

Seperti yang dibincangkan sebelumnya, penguat operasi membuat pembezaan kedua-dua input 0. Oleh kerana output disambungkan di terminal input, op-amp akan menghasilkan voltan yang sama yang disediakan di terminal input yang lain. Jadi, jika 5V diberikan di seluruh input, kerana output penguat dihubungkan pada terminal negatif, ia akan menghasilkan 5V yang akhirnya membuktikan peraturan 5V - 5V = 0. Ini berlaku untuk semua operasi maklum balas negatif penguat.

Merangka Sumber Arus Terkawal Voltan

Dengan peraturan yang sama, mari kita lihat litar di bawah.

Sekarang daripada output op-amp yang disambungkan ke input negatif secara langsung, maklum balas negatif berasal dari perintang shunt yang disambungkan di saluran N MOSFET. Output op-amp disambungkan di seberang gerbang Mosfet.

Mari kita anggap, input 1V diberikan pada input positif op-amp. Op-amp akan menjadikan jalan maklum balas negatif 1V dengan apa jua kos. Keluaran akan menghidupkan MOSFET untuk mendapatkan 1V melintasi terminal negatif. Peraturan perintang shunt adalah untuk menghasilkan voltan penurunan mengikut undang-undang Ohms, V = IR. Oleh itu, voltan penurunan 1V akan dihasilkan sekiranya arus arus 1A melalui perintang 1 Ohm.

Op-amp akan menggunakan voltan penurunan ini dan mendapat maklum balas 1V yang diinginkan. Sekarang, jika kita menyambungkan beban yang memerlukan kawalan semasa untuk operasi, kita dapat menggunakan litar ini dan meletakkan beban di lokasi yang sesuai.

Gambarajah litar terperinci untuk sumber arus terkawal Voltan Op-Amp boleh didapati dalam gambar di bawah -

Pembinaan

Untuk membina litar ini, kita memerlukan op-amp. LM358 adalah op-amp yang sangat murah, mudah dicari, dan ia adalah pilihan yang tepat untuk projek ini, namun ia mempunyai dua saluran op-amp dalam satu pakej, tetapi kami hanya memerlukan satu. Kami sebelum ini telah membina banyak litar berasaskan LM358 yang juga boleh anda periksa. Gambar di bawah adalah gambaran keseluruhan gambarajah pin LM358.

Seterusnya, kita memerlukan N Channel MOSFET, kerana IRF540N ini digunakan, MOSFET lain juga akan berfungsi, tetapi pastikan bahawa paket MOSFET mempunyai pilihan untuk menyambungkan pendingin tambahan jika diperlukan dan pertimbangan yang teliti diperlukan untuk memilih spesifikasi yang sesuai MOSFET seperti yang diperlukan. Pinout IRF540N ditunjukkan pada gambar di bawah -

Keperluan ketiga adalah perintang shunt. Mari masuk ke perintang 1ohms 2watt. Diperlukan tambahan dua perintang, satu untuk perintang gerbang MOSFET dan yang lain adalah perintang maklum balas. Kedua-dua ini diperlukan untuk mengurangkan kesan pemuatan. Walau bagaimanapun, penurunan antara kedua-dua perintang ini tidak dapat diabaikan.

Sekarang, kita memerlukan sumber kuasa, ia adalah bekalan kuasa bangku. Terdapat dua saluran yang tersedia dalam bekalan kuasa bangku. Salah satunya, saluran pertama digunakan untuk memberikan kuasa ke Litar dan yang lain adalah saluran kedua yang digunakan untuk memberikan voltan berubah untuk mengawal arus sumber litar. Oleh kerana voltan kawalan diterapkan dari sumber luaran, kedua saluran harus berada dalam potensi yang sama, sehingga terminal tanah saluran kedua dihubungkan melintasi terminal tanah saluran pertama.

Walau bagaimanapun, voltan kawalan ini dapat diberikan dari pembahagi voltan berubah dengan menggunakan jenis potensiometer. Dalam kes sedemikian, bekalan kuasa tunggal mencukupi. Oleh itu, komponen berikut diperlukan untuk membuat sumber arus berubah yang dikawal voltan -

Op-amp (LM358)
MOSFET (IRF540N)
Perintang Shunt (1 Ohm)
Perintang 1k
Perintang 10k
Bekalan kuasa (12V)
Unit bekalan kuasa
Papan Roti dan wayar penyambung tambahan

Sumber Arus Terkawal Voltan Berfungsi

Litar dibina di papan roti untuk tujuan ujian seperti yang anda lihat pada gambar di bawah. Beban tidak disambungkan dalam litar untuk menjadikannya 0 Ohms (terpendek) yang hampir ideal untuk menguji operasi kawalan semasa.

Voltan input diubah dari 0.1V ke 0.5V dan perubahan semasa dicerminkan di saluran lain. Seperti yang dilihat pada gambar di bawah ini, input 0.4V dengan 0 draw current secara berkesan dibuat saluran kedua untuk menarik arus 400mA pada output 9V. Litar dikuasakan menggunakan bekalan 9V.

Anda juga boleh melihat video di bahagian bawah halaman ini untuk kerja terperinci. Ia bertindak balas bergantung pada voltan input. Sebagai contoh, apabila voltan masukan adalah.4V, op-amp akan bertindak balas untuk mempunyai voltan yang sama.4V di pin maklum balasnya. Keluaran op-amp menyala dan mengawal MOSFET sehingga penurunan voltan merintangi perintang shunt menjadi.4V.

Undang-undang Ohms diterapkan dalam senario ini. Perintang hanya akan menghasilkan penurunan.4V jika arus melalui perintang akan 400mA (.4A). Ini kerana Voltan = rintangan x semasa. Oleh itu,.4V =.4A x 1 Ohm.

Pada senario ini, jika kita menyambungkan beban (beban resistif) secara bersiri seperti yang dijelaskan dalam skema, di antara terminal positif bekalan kuasa dan pin Saluran MOSFET, op-amp akan menghidupkan MOSFET dan jumlah arus yang sama akan mengalir melalui beban dan perintang dengan menghasilkan penurunan voltan yang sama seperti sebelumnya.

Oleh itu, kita dapat mengatakan bahawa arus melalui beban (arus bersumber) adalah sama dengan arus melalui MOSFET yang juga sama dengan arus melalui perintang shunt. Menempatkannya dalam bentuk matematik yang kita dapat, Arus bersumber pada beban = Kejatuhan voltan / Ketahanan Shunt.

Seperti yang dibincangkan sebelumnya, penurunan voltan akan sama dengan voltan masukan merentasi op-amp. Oleh itu, jika voltan input diubah, sumber arus melalui beban juga akan berubah. Oleh itu, Arus bersumber pada beban = Input voltan / Shunt Resistance.

Penambahbaikan Reka Bentuk

Peningkatan watt perintang dapat meningkatkan pelesapan haba merentasi perintang shunt. Untuk memilih watt perintang shunt, R _w = I ² R dapat digunakan, di mana R _w adalah watt perintang dan I adalah arus sumber maksimum, dan R adalah nilai perintang shunt.
Sama seperti LM358, banyak op-amp IC mempunyai dua op-amp dalam satu pakej. Sekiranya voltan input terlalu rendah, op-amp kedua yang tidak digunakan dapat digunakan untuk memperkuat voltan masukan seperti yang diperlukan.
Untuk peningkatan masalah terma dan kecekapan, MOSFET rendah rintangan dapat digunakan bersama dengan pendingin yang betul.