- Vad är en konstantströmssänkkrets?
- Spänningsstyrd strömavlopp med Op-Amp
- Konstruktion
- Spänningsstyrd strömförsörjningskrets fungerar
- Designförbättringar
Current Source och Current sink är två huvudtermer som används i elektronikdesign, dessa två termer dikterar hur mycket ström som kan lämna eller komma in i en terminal. Till exempel, diskbänken och källströmmen är av en typisk 8051 Microcontroller digitala utgångsstift 1.6mA och 60uA respektive. Det betyder att stiftet kan leverera (källa) upp till 60uA när det görs högt och kan ta emot (sjunka) upp till 1,6 mA när det görs lågt. Under vår kretskonstruktion måste vi ibland bygga vår egen strömkälla och strömkällor. I föregående handledning byggde vi en spänningsstyrd strömkällkrets med gemensam op-amp och MOSFET som kan användas för att skaffa ström till en belastning, men i vissa fall i stället för sourcingströmmen behöver vi ett nuvarande sänkalternativ.
Därför lär vi oss i denna handledning hur man bygger en spänningsstyrd sänkningskrets med konstant ström. En spänningsstyrd sänkningskrets med konstant ström, som namnet antyder, styr mängden ström som sjunkit genom den baserat på den spänning som appliceras. Innan vi fortsätter med kretskonstruktionen, låt oss förstå hur kretsen med konstant ström sjunker.
Vad är en konstantströmssänkkrets?
En sänkningskrets med konstant ström sänker faktiskt ström oberoende av belastningsmotståndet så länge ingångsspänningen inte ändras. För en krets med 1 ohm-motstånd, som drivs med 1V-ingång, är den konstanta strömmen 1A enligt Ohms Law. Men om Ohms lag bestämmer hur mycket ström som strömmar genom en krets, varför behöver vi då konstant strömkälla och strömavloppskrets?
Som du kan se från bilden ovan tillhandahåller en strömkällkrets ström för att driva belastningen. Mängden strömbelastning som tas emot bestäms av strömkällans krets eftersom den fungerar som en strömförsörjning. På samma sätt fungerar den aktuella sjunkkretsen som en jord, återigen kommer mängden ström som belastningen tar emot att styras av den aktuella sjunkkretsen. Huvudskillnaden är att källkretsen har till källan (levererar) tillräckligt med ström till lasten, medan diskbänken bara måste begränsa strömmen genom kretsen.
Spänningsstyrd strömavlopp med Op-Amp
Spänningsstyrd krets för konstantströmssänkning fungerar exakt på samma sätt som den spänningsstyrda strömkällan som vi byggde tidigare.
För en aktuell sänkkrets ändras op-amp-anslutningen, det vill säga den negativa ingången är ansluten till ett shuntmotstånd. Detta kommer att ge nödvändig negativ feedback till op-amp. Sedan har vi en PNP-transistor, som är ansluten över Op-amp-utgången så att op-amp-utgångsstiftet kan driva PNP-transistorn. Kom alltid ihåg att en Op-Amp kommer att försöka göra spänningen vid båda ingångarna (positiva och negativa) lika.
Låt oss anta att 1V-ingång ges över den positiva ingången på op-amp. Op-amp kommer nu att försöka göra den andra negativa ingången också som 1V. Men hur kan detta göras? Utgången på op-amp kommer att slå på transistorn på ett sätt så att den andra ingången får 1V från vår Vsupply.
Shuntmotståndet producerar en droppspänning enligt Ohms lag, V = IR. Därför kommer 1A strömflöde genom transistorn att skapa en fallspänning på 1V. PNP-transistorn kommer att sänka denna 1A ström och op-amp kommer att använda detta spänningsfall och få önskad 1V-feedback. På detta sätt kommer att ändra ingångsspänningen att kontrollera basen såväl som strömmen genom shuntmotståndet. Låt oss nu introducera den belastning som måste kontrolleras i vår krets.
Som du kan se har vi redan utformat spänningsstyrda strömkällor med Op-Amp. Men för praktisk demonstration, istället för att använda en RPS för att ge Vin variabel spänning, låt oss använda en potentiometer. Vi vet redan att potentiometern som visas nedan fungerar som en potentialdelare för att ge en variabel spänning mellan 0V och Vsupply (+).
Låt oss nu bygga kretsen och kontrollera hur den fungerar.
Konstruktion
Samma som föregående handledning använder vi LM358 eftersom det är väldigt billigt, lätt att hitta och allmänt tillgängligt. Den har dock två op-amp-kanaler i ett paket, men vi behöver bara en. Vi har tidigare byggt många LM358-baserade kretsar, du kan också kolla in dem. Bilden nedan är en översikt över LM358-stiftdiagrammet.
Därefter behöver vi en PNP-transistor, BD140 används för detta ändamål. Andra transistorer kommer också att fungera, men värmeavledning är ett problem. Därför måste transistorpaketet ha ett alternativ för att ansluta ytterligare en kylfläns. BD140 pinout visas i bilden nedan -
En annan viktig komponent är Shunt Resistor. Låt oss hålla oss till 47ohms 2watt motstånd för detta projekt. Detaljerade komponenter krävs beskrivs i listan nedan.
- Op-amp (LM358)
- PNP-transistor (BD140)
- Shuntresistor (47 ohm)
- 1k motstånd
- 10k motstånd
- Strömförsörjning (12V)
- 50k potentiometer
- Brödbräda och ytterligare anslutningskablar
Spänningsstyrd strömförsörjningskrets fungerar
Kretsen är konstruerad i ett enkelt brödbräda för teständamål som du kan se på bilden nedan. För att testa konstantströmsanläggningen används olika motstånd som en resistiv belastning.
Ingångsspänningen ändras med potentiometern och strömförändringarna återspeglas i belastningen. Som framgår av bilden nedan sänks 0,16 A ström av belastningen. Du kan också kontrollera detaljerade arbeten i den länkade videon längst ner på denna sida. Men vad händer exakt inuti kretsen?
Som diskuterats tidigare, under 8V-ingången, kommer op-förstärkaren att spänningen faller över shuntmotståndet för 8V i sin återkopplingsstift. Utgången från op-amp kommer att slå på transistorn tills shuntmotståndet ger en 8V-droppe.
Enligt Ohms-lagen producerar motståndet endast ett 8V-fall när strömflödet är 170mA (.17A). Detta beror på att spänning = ström x motstånd. Därför är 8V =.17A x 47 Ohm. I det här scenariot kommer den anslutna resistiva belastningen, som är i serie, som visas i schemat, också bidra till strömflödet. Op-amp kommer att slå på transistorn och samma mängd ström kommer att sjunka ner till marken som shuntmotståndet.
Nu, om spänningen är fast, oavsett vilken resistiv belastning som är ansluten, kommer strömflödet att vara detsamma, annars kommer spänningen över op-amp inte att vara densamma som ingångsspänningen.
Således kan vi säga att strömmen genom belastningen (strömmen sjunkit) är lika med strömmen genom transistorn, vilket också är lika med strömmen genom shuntmotståndet. Så genom att ordna ovanstående ekvation, Ström sjunker vid belastningen = Spänningsfall / Shunt Resistance.
Som diskuterats tidigare kommer spänningsfallet att vara detsamma som ingångsspänningen över op-amp. Därför, Ström sjunker vid belastningen = Ingångsspänning / Shuntmotstånd.
Om ingångsspänningen ändras ändras också strömmen genom lasten.
Designförbättringar
- Om värmeavledningen är högre, öka shuntmotståndseffekten. För val av wattal shuntmotståndet, R w = I 2 R kan användas, där R w är motståndet wattal och jag är den maximala strömflödet och R är värdet på shuntmotståndet.
- LM358 har två op-förstärkare i ett enda paket. Annat än detta har många op-amp IC: er två op-förstärkare i ett enda paket. Om ingångsspänningen är för låg kan man använda den andra op-förstärkaren för att förstärka ingångsspänningen efter behov.