- Op-Amp: n perusteet
- Jänniteohjatun virtalähteen suunnittelu
- Rakentaminen
- Jänniteohjattu virtalähde toimii
- Suunnittelun parannukset
Jänniteohjatussa virtalähdepiirissä, kuten nimestä voi päätellä, pieni jännite tulon yli ohjaa verrannollisesti virtavirtaa lähtökuormien yli. Tämän tyyppistä virtapiiriä käytetään yleisesti elektroniikassa virtaohjattujen laitteiden, kuten BJT, SCR, jne. Käyttämiseen. monen tyyppisissä piireissä yksi menetelmä on käyttää tätä jänniteohjattua virtalähdepiiriä. Voit myös tarkistaa vakiovirtapiirin, jota voidaan käyttää myös virtaohjattujen laitteiden ohjaamiseen.
Tässä projektissa selitämme kuinka op-ampia käyttävä jänniteohjattu virtalähde voidaan suunnitella ja myös rakentaa se osoittamaan sen toimintaa. Tämän tyyppistä jänniteohjattua virtalähdepiiriä kutsutaan myös virran servoksi. Piiri on hyvin yksinkertainen ja se voidaan rakentaa mahdollisimman pienellä määrällä komponentteja.
Op-Amp: n perusteet
Tämän piirin toiminnan ymmärtämiseksi on välttämätöntä tietää, kuinka operatiivinen vahvistin toimii.
Yllä oleva kuva on yksi operatiivinen vahvistin. Vahvistin vahvistaa signaaleja, mutta lukuun ottamatta signaalien vahvistamista, se voi myös tehdä matemaattisia operaatioita. O p-amp tai Operatiivinen vahvistin on analogisen elektroniikan selkäranka, ja sitä käytetään monissa sovelluksissa, kuten Summing Amplifier, differentiaalivahvistin, Instrumentation Amplifier, Op-Amp Integrator jne.
Jos tarkastelemme tarkasti yllä olevaa kuvaa, on kaksi tuloa ja yksi lähtö. Näillä kahdella tulolla on + ja - merkki. Positiivista tuloa kutsutaan kääntämättömäksi syötteeksi ja negatiivista tuloa invertoivaksi tuloksi.
Ensimmäinen sääntö, jolla vahvistin toimi, on tehdä ero näiden kahden tulon välillä aina nolla. Jotta ymmärrys olisi parempi, katsotaan alla oleva kuva -
Yllä oleva vahvistinpiiri on jännitteen seuraajapiiri. Lähtö on kytketty negatiiviseen napaan, mikä tekee siitä yhden vahvistuksen. Siksi tulon yli annettu jännite on käytettävissä koko lähdössä.
Kuten aikaisemmin keskusteltiin, operatiivinen vahvistin erottaa molemmat tulot 0. Kun lähtö on kytketty tuloliittimen poikki, op-vahvistin tuottaa saman jännitteen kuin toinen tuloliitin. Joten jos 5 V annetaan tulon yli, kun vahvistimen lähtö on kytketty negatiiviseen liittimeen, se tuottaa 5 V, mikä lopulta osoittaa säännön 5 V - 5 V = 0. Näin tapahtuu kaikilla vahvistimien negatiivisilla palautetoimilla.
Jänniteohjatun virtalähteen suunnittelu
Samalla säännöllä katsotaan alla oleva piiri.
Nyt suoraan negatiiviseen tuloon kytketyn op-amp: n lähdön sijaan negatiivinen palaute saadaan N-kanavan MOSFETin yli kytketystä shuntivastuksesta. Op-amp-lähtö on kytketty Mosfet-portin yli.
Oletetaan, että 1 V: n tulo annetaan op-amp: n positiivisen tulon poikki. Op-amp tekee negatiivisen palautepolun 1V hinnalla millä hyvänsä. Lähtö kytkee MOSFETin päälle saadakseen 1 V negatiivisen päätteen yli. Shuntivastuksen sääntö on tuottaa pudotusjännite Ohmin lain mukaisesti, V = IR. Siksi 1 V: n pudotusjännite syntyy, jos 1 A virtaa virtaa 1 Ohmin vastuksen läpi.
Op-amp käyttää tätä pudotusjännitettä ja saa halutun 1 V: n palautteen. Jos nyt yhdistämme kuorman, joka vaatii virranhallintaa toiminnalle, voimme käyttää tätä virtapiiriä ja sijoittaa kuorma sopivaan paikkaan.
Yksityiskohtainen piirikaavio Op-Amp-jänniteohjatusta virtalähteestä löytyy alla olevasta kuvasta -
Rakentaminen
Tämän piirin rakentamiseksi tarvitsemme op-vahvistimen. LM358 on erittäin halpa, helppo löytää op-amp, ja se on täydellinen valinta tähän projektiin, mutta sillä 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 tarvitaan N-kanavainen MOSFET, tälle IRF540N: lle käytetään, myös muut MOSFETit toimivat, mutta varmista, että MOSFET-paketissa on mahdollisuus liittää tarvittaessa ylimääräinen jäähdytyselementti ja huolellinen harkinta on tarpeen valita sopiva spesifikaatio MOSFET tarvittaessa. IRF540N-nasta näkyy alla olevassa kuvassa -
Kolmas vaatimus on shuntivastus. Pidetään kiinni 1ohmin 2 watin vastuksesta. Tarvitaan kaksi muuta vastusta, yksi MOSFET- porttivastukselle ja toinen on takaisinkytkentävastus. Näitä kahta tarvitaan kuormitusvaikutuksen vähentämiseksi. Pudotus näiden kahden vastuksen välillä on kuitenkin merkityksetön.
Tarvitsemme virtalähdettä, se on penkkivirtalähde. Penkin virtalähteessä on kaksi kanavaa. Yksi niistä, ensimmäistä kanavaa käytetään virran tuottamiseen piirille, ja toista, joka on toinen kanava, jota käytetään vaihtelevan jännitteen tuottamiseen piirin lähdevirran ohjaamiseksi. Kun ohjausjännitettä syötetään ulkoisesta lähteestä, molempien kanavien on oltava samassa potentiaalissa, joten toisen kanavan maadoitusliitin on kytketty ensimmäisen kanavan maadoitusliittimen yli.
Tämä ohjausjännite voidaan kuitenkin antaa vaihtelevan jännitteen jakajasta käyttämällä mitä tahansa potentiometriä. Tällöin riittää yksi virtalähde. Siksi seuraavia komponentteja tarvitaan jänniteohjatun vaihtelevan virtalähteen tekemiseen -
- Op-vahvistin (LM358)
- MOSFET (IRF540N)
- Shunt-vastus (1 ohm)
- 1k vastus
- 10k vastus
- Virtalähde (12V)
- Virtalähde
- Leipälauta ja muut liitäntäjohdot
Jänniteohjattu virtalähde toimii
Piiri on rakennettu leipälautaan testausta varten, kuten näet alla olevasta kuvasta. Kuormaa ei ole kytketty piiriin, jotta siitä tulisi lähes ihanteellinen 0 ohmia (oikosulku) nykyisen ohjaustoiminnan testaamiseksi.
Tulojännite muutetaan 0,1 V: sta 0,5 V: iin ja nykyiset muutokset heijastuvat toisessa kanavassa. Kuten alla olevasta kuvasta nähdään, 0,4 V: n tulo, jossa on 0 virranottoa, tehdään tehokkaasti toiseksi kanavaksi vetämään 400 mA virtaa 9 V: n ulostulolla. Piiri saa virtansa 9 V: n virtalähteestä.
Voit myös tarkistaa tämän sivun alaosassa olevan videon yksityiskohtaisen työskentelyn. Se reagoi tulojännitteestä riippuen. Esimerkiksi, kun tulojännite on 0,4 V, op-vahvistin reagoi vastaavaan jännitteeseen 0,4 V palautetapissaan. Op-amp: n lähtö kytkeytyy päälle ja ohjaa MOSFETiä, kunnes jännitteen pudotus shunttivastuksen yli tuli.4V.
Ohms-lakia sovelletaan tässä tilanteessa. Vastus tuottaa 0,4 V: n pudotuksen vain, jos vastuksen läpi kulkeva virta on 400 mA (0,4 A). Tämä johtuu siitä, että Jännite = virta x vastus. Siksi.4V =.4A x 1 Ohm.
Jos yhdistämme tässä skenaariossa kuorman (resistiivisen kuorman) sarjassa samalla tavalla kuin kaaviossa kuvataan, virtalähteen positiivisen navan ja MOSFETin tyhjennystapin väliin, op-amp kytkee MOSFETin ja sama määrä virtaa virtaa kuorman ja vastuksen läpi tuottamalla sama jännitehäviö kuin aiemmin.
Siten voimme sanoa, että kuorman läpi kulkeva virta (virta on peräisin) on yhtä suuri kuin MOSFET: n kautta kulkeva virta, joka on myös yhtä suuri kuin shuntivastuksen kautta kulkeva virta. Laittamalla se matemaattiseen muotoon saamme, Kuorman lähtövirta = Jännitteen pudotus / Shunt-vastus.
Kuten aiemmin keskusteltiin, jännitehäviö on sama kuin syöttöjännite op-vahvistimen yli. Siksi, jos tulojännitettä muutetaan, myös kuorman kautta kulkeva virtalähde muuttuu. Siten, Kuormalle syötetty virta = Tulojännite / Shunt-vastus.
Suunnittelun parannukset
- Vastuksen tehon kasvu voi parantaa lämmöntuottoa shuntivastuksen yli. Valita watteina siirtää vastus, R w = I 2 R voidaan käyttää, jossa R w on vastus teho ja I on suurin hankittu nykyisen, ja R on arvo rinnakkaisvastuksen.
- Samoin kuin LM358, monilla op-amp-IC: llä on kaksi op-vahvistinta yhdessä paketissa. Jos tulojännite on liian matala, toista käyttämätöntä op-vahvistinta voidaan käyttää tulojännitteen vahvistamiseen tarpeen mukaan.
- Lämpö- ja tehokkuuskysymysten parantamiseksi voidaan käyttää alhaisen resistanssin omaavia MOSFET-laitteita yhdessä oikean jäähdytyselementin kanssa.