Suunnittele yksinkertainen vakiovirtauspiiri käyttäen op

Nykyinen lähde ja nykyinen nielu ovat kaksi elektroniikan suunnittelussa käytettyä pääterminä, nämä kaksi termiä sanelevat, kuinka paljon virtaa voi lähteä tai päästä päätelaitteeseen. Esimerkiksi pesuallas ja lähde nykyinen tyypillisen 8051 mikro digitaalinen lähtö tappi on 1.6mA ja 60uA vastaavasti. Merkitys tappi voi tuottaa (lähde) jopa 60uA, kun se on korkea, ja voi vastaanottaa (upottaa) jopa 1,6 mA, kun se on tehty matalaksi. Piirisuunnittelun aikana joudumme joskus rakentamaan omat virtalähteet ja nykyiset uppoamispiirit. Edellisessä opetusohjelmassa rakensimme jänniteohjatun virtalähteen piirin käyttäen yhteistä op-ampia ja MOSFETiä, joita voidaan käyttää virran hankkimiseen kuormitukseen, mutta joissakin tapauksissa tarvitsemme nykyisen uppoamisvaihtoehdon.

Siksi tässä opetusohjelmassa opimme rakentamaan jänniteohjatun vakiovirtaisen uppoamispiirin. Jänniteohjattu vakiovirtauspiiri, kuten nimestä voi päätellä, ohjaa sen läpi upotetun virran määrää käytetyn jännitteen perusteella. Ennen kuin jatkat piirin rakentamista, ymmärretään vakiovirtauspiiristä.

Mikä on tasavirtainen nielupiiri?

Jatkuvavirtainen nielupiiri todella upottaa virran kuormitusvastuksesta riippumatta, kunhan tulojännitettä ei muuteta. Piirille, jossa on 1 ohmin vastus ja virtalähde 1 V: n tulo, vakiovirta on 1 A Ohmin lain mukaan. Mutta jos Ohmin laki päättää, kuinka paljon virtaa virtaa piirin läpi, niin miksi tarvitsemme vakiovirtalähteen ja virran nielupiirin?

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, virtalähdepiiri tarjoaa virtaa kuorman ohjaamiseksi. Vastaanotettavan virran määrä määräytyy virtalähteen piirillä, koska se toimii virtalähteenä. Vastaavasti nykyinen nielupiiri toimii kuin maadoitus, taas virran nielupiiri ohjaa kuorman vastaanottaman virran määrää. Tärkein ero on, että lähdepiirin on lähteelle (syötettävä) riittävästi virtaa kuormitukselle, kun taas uppoamispiirin on vain rajoitettava virtaa piirin läpi.

Jänniteohjattu virran nielu Op-Amp: lla

Jänniteohjattu vakiovirtauspiiri toimii täsmälleen samalla tavalla kuin aiemmin rakennettu jänniteohjattu virtalähde.

Nykyisen nielupiirin kohdalla op-amp-liitäntä muuttuu, eli negatiivinen tulo on kytketty shuntivastukseen. Tämä antaa tarvittavan negatiivisen palautteen op-amp: lle. Sitten meillä on PNP-transistori, joka on kytketty Op-amp-ulostulon yli, jotta op-amp-ulostulotappi voi ajaa PNP-transistoria. Muista nyt aina, että Op-Amp yrittää saada jännitteen molemmista tuloista (positiivisista ja negatiivisista) yhtä suuriksi.

Oletetaan, että 1 V: n tulo annetaan op-amp: n positiivisen tulon poikki. Op-vahvistin yrittää nyt tehdä toisen negatiivisen tulon myös 1V: nä. Mutta miten tämä voidaan tehdä? Op-amp: n lähtö kytkee transistorin päälle tavalla, jolla toinen tulo saa 1 V: n Vsupplystamme.

Shuntivastus tuottaa pudotusjännitteen Ohmin lain mukaisesti, V = IR. Siksi 1 A virta virtaa transistorin läpi luo 1 V: n pudotusjännitteen. PNP-transistori upottaa tämän 1A virran ja op-amp käyttää tätä jännitehäviötä ja saa halutun 1V-palautteen. Tällä tavalla tulojännitteen muuttaminen ohjaa tukiasemaa ja shuntivastuksen kautta kulkevaa virtaa. Otetaan nyt käyttöön kuorma, jota on ohjattava piiriimme.

Kuten näette, olemme jo suunnitelleet jänniteohjatut virranpoistopiirit käyttämällä Op-Ampia. Mutta käytännön esittelyyn, sen sijaan, että käytämme RPS: ää vaihtelevan jännitteen tarjoamiseksi Vinille, käytetään potentiometriä. Tiedämme jo, että alla esitetty potentiometri toimii potentiaalijakajana vaihtelevan jännitteen aikaansaamiseksi välillä 0 V - V syöttö (+).

Rakennetaan nyt piiri ja tarkistetaan, miten se toimii.

Rakentaminen

Samoin kuin edellinen opetusohjelma, käytämme LM358: ta, koska se on erittäin halpa, helppo löytää ja laajasti saatavilla. Siinä on kuitenkin kaksi op-amp-kanavaa yhdessä paketissa, mutta tarvitsemme vain yhden. Olemme aiemmin rakentaneet monia LM358-pohjaisia piirejä, voit myös tarkistaa ne. Alla oleva kuva on yleiskuva LM358-nastakaaviosta.

Seuraavaksi tarvitsemme PNP-transistorin, tähän tarkoitukseen käytetään BD140: tä. Muut transistorit toimivat myös, mutta lämmöntuotto on ongelma. Siksi Transistor-paketilla on oltava mahdollisuus liittää ylimääräinen jäähdytyselementti. BD140 pinout näkyy alla olevassa kuvassa -

Toinen tärkeä komponentti on Shunt-vastus. Pysytään 47ohmin 2 watin vastuksessa tässä projektissa. Yksityiskohtaiset vaaditut komponentit on kuvattu alla olevassa luettelossa.

Op-vahvistin (LM358)
PNP-transistori (BD140)
Shunt-vastus (47 ohmia)
1k vastus
10k vastus
Virtalähde (12V)
50k potentiometri
Leipälauta ja muut liitäntäjohdot

Jänniteohjattu virran pesuallaspiiri toimii

Piiri on rakennettu yksinkertaiseksi leipälaudaksi testausta varten, kuten alla olevasta kuvasta näet. Vakiovirran testaamiseksi käytetään erilaisia vastuksia resistiivisenä kuormana.

Tulojännite muutetaan potentiometrillä ja nykyiset muutokset heijastuvat kuormitukseen. Kuten alla olevasta kuvasta nähdään, kuormitus upottaa 0,16 A: n virran. Voit myös tarkistaa yksityiskohtaisen työskentelyn tämän sivun alaosassa linkitetystä videosta. Mutta mitä tapahtuu tarkalleen piirin sisällä?

Kuten aiemmin keskusteltiin, 8 V: n tulon aikana op-amp tekee jännitteen pudotuksen 8 V: n shuntivastuksen yli sen takaisinkytkentätapissa. Op-amp: n lähtö kytkee transistorin päälle, kunnes shuntivastus tuottaa 8 V: n pudotuksen.

Ohmin lain mukaan vastus tuottaa 8 V: n pudotuksen vain, kun virta on 170 mA (0,17 A). Tämä johtuu siitä, että Jännite = virta x vastus. Siksi 8V =.17A x 47 ohmia. Tässä skenaariossa kytketty resistiivinen kuorma, joka on sarjassa kaavion mukaisesti, vaikuttaa myös virran virtaukseen. Op-vahvistin käynnistää transistorin ja sama määrä virtaa uppoaa maahan kuin shuntivastus.

Jos jännite on kiinteä, riippumatta resistiivisestä kuormasta, mikä on kytketty, virran virta on sama, muuten jännite op-vahvistimen yli ei ole sama kuin tulojännite.

Siten voimme sanoa, että kuorman läpi kulkeva virta (virta on uponnut) on yhtä suuri kuin transistorin läpi kulkeva virta, joka on myös yhtä suuri kuin shuntivastuksen kautta kulkeva virta. Joten järjestämällä yllä oleva yhtälö uudelleen, Nykyinen nielu kuormituksen mukaan = Jännitteen pudotus / Shunt-vastus.

Kuten aiemmin keskusteltiin, jännitehäviö on sama kuin syöttöjännite op-vahvistimen yli. Siksi, Nykyinen nielu kuormituksen mukaan = Tulojännite / Shunt-vastus.

Jos tulojännitettä muutetaan, myös kuorman läpi kulkeva virta uppoaa.

Suunnittelun parannukset

Jos lämmöntuotto on suurempi, lisää shuntivastuksen tehoa. Valitsemiseksi watteina siirtää vastus, R _w = I ² R voidaan käyttää, jossa R _w on vastus teho ja I on maksimi virtaa ja R on arvo rinnakkaisvastuksen.
LM358: ssa on kaksi op-vahvistinta yhdessä paketissa. Tämän lisäksi monilla op-amp-IC: llä on kaksi op-vahvistinta yhdessä paketissa. Jos tulojännite on liian matala, voidaan toista op-vahvistinta vahvistaa tulojännitettä tarpeen mukaan.