Projektējiet sprieguma kontrolētu strāvas avota ķēdi, izmantojot op

Sprieguma kontrolētā strāvas avota ķēdē, kā norāda nosaukums, neliels sprieguma daudzums ieejā proporcionāli kontrolēs strāvas plūsmu pāri izejas slodzēm. Šāda veida shēmu elektronikā parasti izmanto, lai darbinātu ar strāvu kontrolētas ierīces, piemēram, BJT, SCR utt. Mēs zinām, ka BJT strāva, kas plūst caur tranzistora pamatni, kontrolē, cik daudz tranzistora ir aizvērts, šo bāzes strāvu var nodrošināt daudzu veidu ķēdēs viena metode ir izmantot šo sprieguma kontrolēto strāvas avota ķēdi. Varat arī pārbaudīt pastāvīgās strāvas ķēdi, ko var izmantot arī ar strāvu kontrolētu ierīču vadīšanai.

Šajā projektā mēs paskaidrosim, kā var izstrādāt sprieguma kontrolētu strāvas avotu, izmantojot op-amp, un arī izveidosim to, lai parādītu tā darbību. Šāda veida sprieguma kontrolētu strāvas avota ķēdi sauc arī par strāvas servo. Ķēde ir ļoti vienkārša, un to var izveidot ar minimālu komponentu skaitu.

Op-Amp pamati

Lai saprastu šīs ķēdes darbību, ir svarīgi zināt, kā darbojas operatīvais pastiprinātājs.

Iepriekš redzamais attēls ir viens darbības pastiprinātājs. Pastiprinātājs pastiprina signālus, bet, izņemot signālu pastiprināšanu, tas var veikt arī matemātiskas darbības. O p-amp vai operatīvais pastiprinātājs ir analogās elektronikas pamats un tiek izmantots daudzās lietojumprogrammās, piemēram, summēšanas pastiprinātājs, diferenciālais pastiprinātājs, instrumentu pastiprinātājs, Op-Amp integrators utt.

Ja mēs rūpīgi aplūkosim iepriekš minēto attēlu, ir divas ieejas un viena izeja. Šīm divām ieejām ir + un - zīme. Pozitīvo ievadi sauc par neinvertējošu ievadi, bet negatīvo - par invertējošu.

Pirmais noteikums, ar kuru pastiprinātājs darbojās, ir panākt, lai starpība starp šīm divām ieejām vienmēr būtu nulle. Lai labāk izprastu, aplūkosim zemāk redzamo attēlu -

Iepriekš minētā pastiprinātāja ķēde ir sprieguma sekotāja ķēde. Izeja ir savienota ar negatīvo spaili, padarot to par 1x pastiprinātāju. Tāpēc spriegums, kas norādīts visā ieejā, ir pieejams visā izvadā.

Kā jau tika apspriests iepriekš, operatīvais pastiprinātājs diferencē abas ieejas 0. Tā kā izeja ir savienota pāri ieejas spailei, op-amp radīs tādu pašu spriegumu, kāds tiek nodrošināts visā citā ieejas spailē. Tātad, ja 5V tiek dots pāri ieejai, ja pastiprinātāja izeja ir pievienota negatīvajam terminālim, tas radīs 5V, kas galu galā pierāda likumu 5V - 5V = 0. Tas notiek visām pastiprinātāju negatīvās atgriezeniskās saites darbībām.

Sprieguma kontrolētas strāvas avota projektēšana

Pēc tā paša noteikuma apskatīsim zemāk esošo ķēdi.

Tagad tā op-amp izejas vietā, kas tieši savienota ar negatīvo ieeju, negatīvā atgriezeniskā saite tiek iegūta no šunta rezistora, kas savienots N kanāla MOSFET. Op-amp izeja ir savienota pāri Mosfet vārtiem.

Pieņemsim, ka 1 V ieeja tiek dota visā op-amp pozitīvajā ieejā. Op-amp padarīs negatīvās atsauksmes ceļu par 1V par katru cenu. Izeja ieslēgs MOSFET, lai iegūtu 1 V pāri negatīvajam terminālim. Šunta rezistora noteikums ir radīt kritiena spriegumu saskaņā ar Ohma likumu, V = IR. Tāpēc 1V kritiena spriegums tiks ražots, ja 1A strāva plūst caur 1 Ohm rezistoru.

Op-amp izmantos šo kritiena spriegumu un saņems vēlamo 1V atgriezenisko saiti. Tagad, ja mēs savienojam slodzi, kuras darbībai nepieciešama strāvas vadība, mēs varam izmantot šo ķēdi un ievietot slodzi atbilstošā vietā.

Detalizēta Op-Amp sprieguma kontrolēta strāvas avota shēma ir atrodama zemāk esošajā attēlā -

Celtniecība

Lai izveidotu šo shēmu, mums ir nepieciešams op-amp. LM358 ir ļoti lēts, viegli atrodams op-amp, un tā ir lieliska izvēle šim projektam, tomēr tajā ir divi op-amp kanāli vienā paketē, taču mums ir nepieciešams tikai viens. Iepriekš mēs esam izveidojuši daudzas uz LM358 balstītas shēmas, kuras varat arī pārbaudīt. Zemāk redzamais attēls ir LM358 tapu diagrammas pārskats.

Pēc tam mums ir nepieciešams N kanāla MOSFET, jo šim IRF540N tiek izmantots, darbosies arī citi MOSFET, taču pārliecinieties, ka MOSFET paketē ir iespēja pieslēgt papildu siltuma izlietni, ja nepieciešams, un ir rūpīgi jāapsver, izvēloties atbilstošo specifikāciju. MOSFET pēc nepieciešamības. IRF540N pinout ir parādīts zemāk esošajā attēlā -

Trešā prasība ir šunta rezistors. Turēsimies 1ohmu 2 vatu rezistorā. Nepieciešami vēl divi rezistori, viens MOSFET vārtu rezistoram un otrs atgriezeniskās saites rezistoram. Šie divi ir nepieciešami, lai mazinātu slodzes efektu. Tomēr kritums starp šiem diviem rezistoriem ir nenozīmīgs.

Tagad mums ir nepieciešams strāvas avots, tas ir stenda barošanas avots. Stenda barošanas blokā ir pieejami divi kanāli. Viens no tiem, pirmais kanāls tiek izmantots, lai nodrošinātu strāvu ķēdei, un otrs, kas ir otrais kanāls, ko izmanto mainīgā sprieguma nodrošināšanai ķēdes avota strāvas kontrolei. Tā kā vadības spriegums tiek izmantots no ārēja avota, abiem kanāliem jābūt vienā potenciālā, tādējādi otrā kanāla zemējuma spaile ir savienota pāri pirmā kanāla zemējuma spailei.

Tomēr šo vadības spriegumu var noteikt no mainīga sprieguma dalītāja, izmantojot jebkura veida potenciometru. Šādā gadījumā pietiek ar vienu barošanas avotu. Tāpēc, lai izveidotu sprieguma kontrolētu mainīgas strāvas avotu, ir nepieciešami šādi komponenti:

1. Op-amp (LM358)
2. MOSFET (IRF540N)
3. Šunta rezistors (1 omi)
4. 1k rezistors
5. 10k rezistors
6. Barošanas avots (12V)
7. Barošanas bloks
8. Maizes dēlis un papildu savienojošie vadi

Strādā ar sprieguma kontrolētu strāvas avotu

Ķēde ir izveidota paneļa dēļā testēšanas vajadzībām, kā redzat zemāk esošajā attēlā. Slodze nav pievienota ķēdē, lai padarītu to par gandrīz ideālu 0 omu (īssavienojumu) pašreizējās vadības darbības pārbaudei.

Ieejas spriegums tiek mainīts no 0,1 V uz 0,5 V, un pašreizējās izmaiņas tiek atspoguļotas citā kanālā. Kā redzams zemāk redzamajā attēlā, 0,4 V ieeja ar 0 strāvas pievilkšanu tiek faktiski padarīta par otro kanālu, lai piesaistītu 400 mA strāvu pie 9 V izejas. Ķēde tiek darbināta, izmantojot 9 V barošanu.

Lai veiktu detalizētu darbu, varat arī pārbaudīt video šīs lapas apakšdaļā. Tas reaģē atkarībā no ieejas sprieguma. Piemēram, kad ieejas spriegums ir 0,4 V, op-amp reaģēs, lai viņa atgriezeniskās saites spraudnī būtu vienāds.4 V spriegums. Op-amp izeja ieslēdzas un kontrolē MOSFET, līdz sprieguma kritums šunta rezistorā kļūst par.4V.

Šajā scenārijā tiek piemērots Ohma likums. Rezistors radīs.4V kritumu tikai tad, ja strāva caur rezistoru būs 400mA (.4A). Tas ir tāpēc, ka spriegums = strāva x pretestība. Tāpēc.4V =.4A x 1 Ohm.

Šajā scenārijā, ja mēs savienojam slodzi (pretestības slodzi) virknē tāpat kā aprakstīts shēmā, starp barošanas avota pozitīvo spaili un MOSFET iztukšošanas tapu, op-amp ieslēgs MOSFET un caur slodzi un rezistoru plūst tāds pats strāvas daudzums, radot tādu pašu sprieguma kritumu kā iepriekš.

Tādējādi mēs varam teikt, ka strāva caur slodzi (strāva tiek iegūta) ir vienāda ar strāvu caur MOSFET, kas ir vienāda ar strāvu caur šunta rezistoru. Ievietojot to matemātiskā formā, mēs to iegūstam, Strāvas avots uz slodzi = Sprieguma kritums / Šunta pretestība.

Kā tika apspriests iepriekš, sprieguma kritums būs tāds pats kā ieejas spriegums op-amp. Tāpēc, ja tiek mainīts ieejas spriegums, mainīsies arī strāvas avots caur slodzi. Tādējādi

Strāvas avots uz slodzi = Ieejas spriegums / Šunta pretestība.

Dizaina uzlabojumi

1. Rezistora jaudas palielināšanās var uzlabot siltuma izkliedi visā šunta rezistorā. Lai izvēlētos jaudas no šunta rezistoru, R _w = I ² R var izmantot, kur R _w ir rezistors jaudas, un man ir maksimālā sagādātas strāva, un R ir vērtība šunta rezistors.
2. Tāpat kā LM358, daudziem op-amp IC ir divi op-ampēri vienā iepakojumā. Ja ieejas spriegums ir pārāk zems, otro neizmantoto op-amp var izmantot, lai pēc vajadzības pastiprinātu ieejas spriegumu.
3. Siltuma un efektivitātes problēmu uzlabošanai var izmantot zemas pretestības MOSFET kopā ar pareizu siltuma izlietni.