- Grunderna i Op-Amp
- Designa en spänningsstyrd strömkälla
- Konstruktion
- Spänningsstyrd strömkälla fungerar
- Designförbättringar
I en spänningsstyrd strömkällkrets, som namnet antyder, kommer en liten mängd spänning över ingången att proportionellt styra strömflödet över utgångsbelastningarna. Denna typ av krets används vanligtvis i elektronik för att driva strömstyrda enheter som BJT, SCR, etc. Vi vet att i en BJT styr strömmen som flyter genom basen på transistorn hur mycket transistorn är stängd, denna basström kan tillhandahållas av många typer av kretsar är en metod att använda denna spänningsstyrda strömkällkrets. Du kan också kontrollera konstantströmskretsen som också kan användas för att driva strömstyrda enheter.
I det här projektet kommer vi att förklara hur en spänningsstyrd strömkälla som använder op-amp kan designas och även bygga den för att visa hur den fungerar. Denna typ av spänningsstyrd strömkällkrets kallas också en strömservo. Kretsen är mycket enkel och kan konstrueras med ett minimalt antal komponenter.
Grunderna i Op-Amp
För att förstå hur kretsen fungerar är det viktigt att veta hur en operationsförstärkare fungerar.
Ovanstående bild är en enda operationsförstärkare. En förstärkare förstärker signaler, men förutom förstärkning av signaler kan den också göra matematiska operationer. O p-amp eller operationsförstärkare är ryggraden i Analog Electronics och används i många applikationer, som Summing Amplifier, differentiell förstärkare, Instrumentation Amplifier, Op-Amp Integrator, etc.
Om vi tittar noga på bilden ovan finns det två ingångar och en utgång. Dessa två ingångar har + och - tecken. Den positiva ingången kallas icke-inverterande ingång och den negativa ingången kallas inverterande ingång.
Den första regeln som förstärkaren använde för att göra skillnaden mellan dessa två ingångar är alltid noll. För bättre förståelse kan vi se bilden nedan -
Ovanstående förstärkarkrets är en spänningsföljarkrets. Utgången är ansluten i den negativa terminalen vilket gör den till en förstärkare på 1x förstärkning. Därför är den spänning som ges över ingången tillgänglig över utgången.
Som diskuterats tidigare gör operationsförstärkaren differentieringen av båda ingångarna 0. När utgången är ansluten över ingångsterminalen kommer op-förstärkaren att producera samma spänning som tillhandahålls över den andra ingångsterminalen. Så, om 5V ges över ingången, när förstärkarutgången är ansluten vid den negativa terminalen, kommer den att producera 5V vilket så småningom bevisar regeln 5V - 5V = 0. Detta händer för all negativ återkopplingsoperation av förstärkare.
Designa en spänningsstyrd strömkälla
Med samma regel, låt oss se nedanstående krets.
Nu istället för utgången från op-förstärkaren som är ansluten till den negativa ingången direkt, kommer negativ återkoppling från shuntmotståndet som är anslutet över en N-kanal MOSFET. Op-amp-utgången är ansluten över Mosfet-grinden.
Låt oss anta att 1V-ingång ges över den positiva ingången på op-amp. Op-amp gör den negativa återkopplingsvägen 1V till varje pris. Utgången slår på MOSFET för att få 1V över den negativa terminalen. Regeln för shuntmotståndet är att producera en droppspänning enligt Ohms lag, V = IR. Därför kommer 1V fallspänning att produceras om 1A ström strömmar genom 1 Ohm-motståndet.
Op-amp kommer att använda denna fallspänning och få önskad 1V feedback. Nu, om vi ansluter en last som kräver strömstyrning för drift, kan vi använda den här kretsen och placera lasten på en lämplig plats.
Det detaljerade kretsschemat för Op-Amp spänningsstyrd strömkälla finns i bilden nedan -
Konstruktion
För att konstruera denna krets behöver vi en op-amp. LM358 är en mycket billig, lätt att hitta op-amp, och det är ett perfekt val för detta projekt, men den har 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 N-kanal MOSFET, för denna IRF540N används, kommer andra MOSFETs också att fungera, men se till att MOSFET-paketet har möjlighet att ansluta ytterligare kylfläns om det behövs och noggrant övervägande krävs för att välja lämplig specifikation för MOSFET efter behov. IRF540N pinout visas i bilden nedan -
Det tredje kravet är shuntmotståndet. Låt oss hålla fast i 1ohms 2watt motstånd. Ytterligare två motstånd krävs, ett för MOSFET- grindmotståndet och det andra är återkopplingsmotståndet. Dessa två krävs för att minska belastningseffekten. Fallet mellan dessa två motstånd är dock försumbar.
Nu behöver vi en strömkälla, det är en strömförsörjning. Det finns två kanaler i bänkens strömförsörjning. En av dem, den första kanalen används för att ge ström till kretsen och den andra som är den andra kanalen som används för att tillhandahålla den variabla spänningen för att styra kretsens källström. Eftersom styrspänningen appliceras från en extern källa måste båda kanalerna ha samma potential, varför jordterminalen för den andra kanalen är ansluten över den första kanalens jordterminal.
Denna styrspänning kan emellertid ges från en variabel spänningsdelare med vilken som helst potentiometer. I ett sådant fall är en enda strömförsörjning tillräcklig. Därför krävs följande komponenter för att skapa en spänningsstyrd variabel strömkälla -
- Op-amp (LM358)
- MOSFET (IRF540N)
- Shuntresistor (1 Ohm)
- 1k motstånd
- 10k motstånd
- Strömförsörjning (12V)
- Nätaggregat
- Brödbräda och ytterligare anslutningskablar
Spänningsstyrd strömkälla fungerar
Kretsen är konstruerad i ett brödbräda för teständamål som du kan se i bilden nedan. Belastningen är inte ansluten i kretsen för att göra den till en nästan idealisk 0 Ohm (kortsluten) för att testa den aktuella styrningen.
Ingångsspänningen ändras från 0,1V till 0,5V och strömförändringarna återspeglas i den andra kanalen. Som framgår av bilden nedan görs 0,4 V-ingång med 0 strömdragningar effektivt till den andra kanalen för att dra 400 mA ström vid 9 V-utgång. Kretsen drivs med en 9V-matning.
Du kan också kontrollera videon längst ner på denna sida för detaljerad bearbetning. Det svarar beroende på ingångsspänningen. Till exempel när ingångsspänningen är.4V svarar op-förstärkaren för att ha samma spänning.4V i sin återkopplingsstift. Utgången från op-amp slår på och styr MOSFET tills spänningsfallet över shuntmotståndet blev.4V.
Ohms-lagen tillämpas i detta scenario. Motståndet kommer bara att producera.4V-fall om strömmen genom motståndet blir 400mA (.4A). Detta beror på att spänning = ström x motstånd. Därför är.4V =.4A x 1 Ohm.
I det här scenariot, om vi ansluter en belastning (resistiv belastning) i serie som den som beskrivs i schemat, mellan den positiva anslutningen på strömförsörjningen och avtappningsstiftet på MOSFET, kommer op-amp att slå på MOSFET och samma ström kommer att strömma genom lasten och motståndet genom att producera samma spänningsfall som tidigare.
Således kan vi säga att strömmen genom belastningen (ström kommer från) är lika med strömmen genom MOSFET som också är lika med strömmen genom shuntmotståndet. Att sätta det i en matematisk form får vi, Ström till lasten = Spänningsfall / Shunt-motstånd.
Som diskuterats tidigare kommer spänningsfallet att vara detsamma som ingångsspänningen över op-amp. Därför, om ingångsspänningen ändras, ändras också strömkällan genom belastningen. Därmed, Ström från lasten = Ingångsspänning / Shunt-motstånd.
Designförbättringar
- Ökningen av motståndseffekt kan förbättra värmeavledningen över shuntmotståndet. Att välja wattal shuntmotståndet, R w = I 2 R kan användas, där R w är motståndet wattal och jag är den maximala anskaffas strömmen, och R är värdet på shuntmotståndet.
- Samma som LM358, många op-amp IC har två op-förstärkare i ett enda paket. Om ingångsspänningen är för låg kan den andra oanvända förstärkaren användas för att förstärka ingångsspänningen efter behov.
- För att förbättra värme- och effektivitetsproblemen kan MOSFET med låg resistans användas tillsammans med rätt kylfläns.