Разработайте простую схему стока постоянного тока, используя op

Источник тока и Потребитель тока - два основных термина, используемых в проектировании электроники, эти два термина определяют, сколько тока может выходить или входить в терминал. Например, ток потребителя и истока типичного цифрового выходного вывода микроконтроллера 8051 составляет 1,6 мА и 60 мкА соответственно. Это означает, что вывод может выдавать (источник) до 60 мкА при установке высокого уровня и может принимать (потреблять) до 1,6 мА при установке низкого уровня. Во время проектирования схем нам иногда приходится создавать собственные схемы источника и потребителя тока. В предыдущем уроке мы построили схему источника тока, управляемую напряжением, с использованием обычного операционного усилителя и MOSFET, которые можно использовать для подачи тока на нагрузку, но в некоторых случаях вместо источника тока нам понадобится опция стока тока.

Таким образом, в этом руководстве мы узнаем, как построить схему стока постоянного тока, управляемую напряжением. Контур потребителя постоянного тока с регулируемым напряжением, как следует из названия, контролирует количество проходящего через нее тока в зависимости от приложенного напряжения. Прежде чем приступить к построению схемы, давайте разберемся в схеме приемника постоянного тока.

Что такое цепь отвода постоянного тока?

Схема стока постоянного тока фактически потребляет ток независимо от сопротивления нагрузки, пока входное напряжение не изменяется. Для цепи с сопротивлением 1 Ом, питаемой от входа 1 В, постоянный ток составляет 1 А в соответствии с законом Ома. Но если закон Ома решает, сколько тока протекает через цепь, тогда зачем нам нужен источник постоянного тока и цепь стока тока?

Как видно на изображении выше, цепь источника тока обеспечивает ток для управления нагрузкой. Величина получаемой токовой нагрузки будет определяться схемой источника тока, поскольку она действует как источник питания. Точно так же цепь стока тока действует как земля, и снова величина тока, которую принимает нагрузка, будет контролироваться схемой стока тока. Основное отличие состоит в том, что цепь источника имеет достаточный ток для источника (питания) нагрузки, в то время как цепь потребителя должна просто ограничивать ток через цепь.

Потребление тока, управляемое напряжением, с использованием операционного усилителя

Схема источника постоянного тока, управляемого напряжением, работает точно так же, как схема источника тока, управляемого напряжением, которую мы построили ранее.

Для схемы стока тока подключение операционного усилителя изменяется, то есть отрицательный вход подключается к шунтирующему резистору. Это обеспечит необходимую отрицательную обратную связь с операционным усилителем. Затем у нас есть транзистор PNP, который подключен к выходу операционного усилителя, так что выходной контакт операционного усилителя может управлять транзистором PNP. Теперь всегда помните, что операционный усилитель будет пытаться уравнять напряжение на обоих входах (положительном и отрицательном).

Предположим, что вход 1 В подается на положительный вход операционного усилителя. Операционный усилитель теперь попытается сделать другой отрицательный вход также как 1 В. Но как это сделать? Выход операционного усилителя включит транзистор таким образом, что другой вход получит 1 В от нашего источника питания.

Шунтирующий резистор будет создавать падение напряжения в соответствии с законом Ома, V = IR. Следовательно, ток 1 А, протекающий через транзистор, создаст падение напряжения в 1 В. Транзистор PNP потребляет этот ток 1 А, а операционный усилитель будет использовать это падение напряжения и получить желаемую обратную связь 1 В. Таким образом, изменение входного напряжения будет управлять базой, а также током через шунтирующий резистор. Теперь давайте введем в нашу схему нагрузку, которой нужно управлять.

Как видите, мы уже разработали схемы потребления тока с регулируемым напряжением с использованием операционного усилителя. Но для практической демонстрации, вместо использования RPS для подачи переменного напряжения на Vin, давайте воспользуемся потенциометром. Мы уже знаем, что показанный ниже потенциометр работает как делитель потенциала, обеспечивая переменное напряжение от 0 В до Vsupply (+).

Теперь давайте построим схему и проверим, как она работает.

строительство

Как и в предыдущем руководстве, мы будем использовать LM358, поскольку он очень дешев, его легко найти и он широко доступен. Однако у него есть два канала операционных усилителей в одном корпусе, а нам нужен только один. Ранее мы построили множество схем на основе LM358, вы также можете их проверить. На изображении ниже представлен обзор схемы контактов LM358.

Далее нам понадобится транзистор PNP, для этого используется BD140. Другие транзисторы также будут работать, но рассеивание тепла является проблемой. Поэтому в корпусе Transistor должна быть возможность подключения дополнительного радиатора. Распиновка BD140 показана на изображении ниже -

Другой важный компонент - шунтирующий резистор. Давайте вставим резистор 47 Ом 2 Вт для этого проекта. Подробно необходимые компоненты описаны в приведенном ниже списке.

Операционный усилитель (LM358)
PNP-транзистор (BD140)
Шунтирующий резистор (47 Ом)
Резистор 1к
Резистор 10к
Блок питания (12 В)
Потенциометр 50k
Хлебная доска и дополнительные соединительные провода

Работа цепи потребителя тока с регулируемым напряжением

Схема построена на простой макетной плате для целей тестирования, как вы можете видеть на рисунке ниже. Для проверки устройства постоянного тока в качестве резистивной нагрузки используются различные резисторы.

Входное напряжение изменяется с помощью потенциометра, и изменения тока отражаются на нагрузке. Как видно на рисунке ниже, 0.16A тока утоплен нагрузкой. Вы также можете проверить подробности работы в видео, указанном внизу этой страницы. Но что именно происходит внутри цепи?

Как обсуждалось ранее, во время входа 8 В операционный усилитель будет вызывать падение напряжения на шунтирующем резисторе до 8 В на своем выводе обратной связи. Выход операционного усилителя будет включать транзистор до тех пор, пока на шунтирующем резисторе не произойдет падение напряжения 8 В.

Согласно закону Ома, резистор будет вызывать падение напряжения 8 В только при токе 170 мА (0,17 А). Это потому, что напряжение = ток x сопротивление. Следовательно, 8 В = 0,17 А x 47 Ом. В этом сценарии подключенная резистивная нагрузка, которая включена последовательно, как показано на схеме, также будет способствовать протеканию тока. Операционный усилитель включит транзистор, и на землю будет уходить такой же ток, что и на шунтирующем резисторе.

Теперь, если напряжение фиксировано, независимо от подключенной резистивной нагрузки, ток будет таким же, в противном случае напряжение на операционном усилителе не будет таким же, как входное.

Таким образом, мы можем сказать, что ток через нагрузку (ток снижается) равен току через транзистор, который также равен току через шунтирующий резистор. Итак, изменив приведенное выше уравнение, Потребление тока нагрузкой = падение напряжения / шунтирующее сопротивление.

Как обсуждалось ранее, падение напряжения будет таким же, как и входное напряжение на операционном усилителе. Следовательно, Потребление тока нагрузкой = входное напряжение / шунтирующее сопротивление.

Если входное напряжение изменяется, ток, проходящий через нагрузку, также изменится.

Улучшения дизайна

Если тепловыделение выше, увеличьте мощность шунтирующего резистора. Для выбора мощности шунтирующего резистора можно использовать R _w = I ² R, где R _w - мощность резистора, I - максимальный ток, а R - величина шунтирующего резистора.
LM358 имеет два операционных усилителя в одном корпусе. Помимо этого, многие ИС операционных усилителей имеют два операционных усилителя в одном корпусе. Если входное напряжение слишком низкое, можно использовать второй операционный усилитель для усиления входного напряжения по мере необходимости.