Dizajnirajte krug izvora napona kontroliranog napona pomoću op

U krugu izvora struje kontroliranim naponom, kako naziv govori, mala količina napona na ulazu proporcionalno će kontrolirati protok struje na izlaznim opterećenjima. Ova vrsta sklopa obično se koristi u elektronici za pogon uređaja pod nadzorom struje poput BJT, SCR itd. Znamo da u BJT struja koja prolazi kroz bazu tranzistora kontrolira koliko je tranzistor zatvoren, može se osigurati ta osnovna struja kod mnogih vrsta krugova, jedna metoda je korištenje ovog kruga izvora napona kontroliranog napona. Također možete provjeriti krug stalne struje koji se također može koristiti za pogon uređaja pod nadzorom struje.

U ovom ćemo projektu objasniti kako se može dizajnirati izvor struje kontroliranim naponom pomoću opcijskog pojačala i također ga izgraditi kako bi pokazali svoj rad. Ova vrsta kruga napona kontroliranog izvora struje naziva se i strujni servo. Sklop je vrlo jednostavan i može se izraditi s minimalnim brojem komponenata.

Osnove op-amp-a

Da bismo razumjeli rad ovog kruga, neophodno je znati kako radi operativno pojačalo.

Gornja slika je jedno operativno pojačalo. Pojačalo pojačava signale, ali osim pojačavajućih signala može raditi i matematičke operacije. O p-pojačalo ili operativno pojačalo okosnica je analogne elektronike i koristi se u mnogim aplikacijama, poput pojačavača zbrajanja, diferencijalnog pojačala, pojačala instrumentacije, op-amp pojačala, itd.

Ako pažljivo pogledamo gornju sliku, postoje dva ulaza i jedan izlaz. Ta dva ulaza imaju znak + i -. Pozitivni ulaz naziva se neinvertirajući ulaz, a negativni ulaz invertirajući ulaz.

Prvo pravilo koje pojačalo koristi za rad je da razlika između ova dva ulaza uvijek bude nula. Za bolje razumijevanje pogledajmo donju sliku -

Gornji krug pojačala je krug sljednika napona. Izlaz je povezan s negativnim priključkom što ga čini pojačalom od 1x pojačanja. Stoga je napon na ulazu dostupan preko izlaza.

Kao što je prethodno spomenuto, operacijsko pojačalo razlikuje oba ulaza 0. Kako je izlaz povezan preko ulaznog terminala, op-pojačalo će proizvesti isti napon kao i na drugom ulaznom terminalu. Dakle, ako je preko ulaza dato 5V, jer je izlaz pojačala spojen na negativnom priključku, proizvest će 5V što na kraju dokazuje pravilo 5V - 5V = 0. To se događa za sve negativne povratne radnje pojačala.

Projektiranje napona kontroliranog napona

Po istom pravilu, pogledajmo donji krug.

Sada se umjesto izlaza op-pojačala spojenog na negativni ulaz izravno, negativna povratna sprega izvodi iz ranžirnog otpora spojenog preko N-kanala MOSFET-a. Izlaz op-pojačala povezan je preko Mosfet vrata.

Pretpostavimo, 1V ulaz daje se preko pozitivnog ulaza op-pojačala. Op-amp će pod svaku cijenu učiniti put negativne povratne sprege 1V. Izlaz će uključiti MOSFET za dobivanje 1V preko negativnog terminala. Pravilo ranžirnog otpora je da proizvodi napon pada prema zakonu Ohma, V = IR. Stoga će nastati pad napona od 1V ako 1A struje teče kroz otpor od 1 Ohm.

Op-pojačalo će upotrijebiti ovaj pad napona i dobiti željene povratne informacije od 1V. Sada, ako spojimo teret kojem je potrebna strujna kontrola za rad, možemo koristiti ovaj krug i postaviti teret na odgovarajuće mjesto.

Detaljan dijagram sklopa za izvor napona pod nadzorom Op-Amp nalazi se na donjoj slici -

Izgradnja

Da bismo konstruirali ovaj sklop, potreban nam je op-pojačalo. LM358 je vrlo jeftino, lako je pronaći op-pojačalo i savršen je odabir za ovaj projekt, međutim, on ima dva op-amp kanala u jednom paketu, ali trebamo samo jedan. Prethodno smo izgradili mnoge sklopove temeljene na LM358, a možete ih i provjeriti. Sljedeća slika predstavlja pregled LM358 pin dijagrama.

Dalje, potreban nam je N-kanalni MOSFET, jer se koristi ovaj IRF540N, drugi MOSFET-ovi će također raditi, ali pobrinite se da MOSFET-paket ima mogućnost povezivanja dodatnog hladnjaka ako je potrebno i potrebno je pažljivo razmotriti odabir odgovarajuće specifikacije MOSFET prema potrebi. Isječak IRF540N prikazan je na donjoj slici -

Treći zahtjev je ranžirni otpor. Zaustavimo se na otporu od 1 ohma od 2 vata. Potrebna su dodatna dva otpora, jedan za otpornik MOSFET vrata, a drugi povratni otpor. To dvoje je potrebno za smanjenje učinka opterećenja. Međutim, pad između ova dva otpora zanemariv je.

Sad nam treba izvor napajanja, to je stolno napajanje. Dva su kanala dostupna u napajanju s klupe. Jedan od njih, prvi kanal koristi se za napajanje kruga, a drugi koji je drugi kanal koji služi za pružanje promjenjivog napona za kontrolu izvorne struje kruga. Kako se upravljački napon primjenjuje iz vanjskog izvora, oba kanala moraju biti u istom potencijalu, tako da je stezaljka uzemljenja drugog kanala povezana preko terminala uzemljenja prvog kanala.

Međutim, ovaj se upravljački napon može dati iz promjenjivog razdjelnika napona pomoću bilo koje vrste potenciometra. U takvom je slučaju dovoljan jedan izvor napajanja. Stoga su za izradu promjenjivog izvora struje kontroliranog naponom potrebne sljedeće komponente -

1. Opcijsko pojačalo (LM358)
2. MOSFET (IRF540N)
3. Otpornik za skretnicu (1 Ohm)
4. 1k otpornik
5. 10k otpornik
6. Napajanje (12V)
7. Jedinica napajanja
8. Daska za kruh i dodatne spojne žice

Izvor napona kontroliran naponom

Sklop je izrađen u ploči za potrebe testiranja, kao što možete vidjeti na donjoj slici. Opterećenje nije povezano u krug kako bi se postiglo gotovo idealnih 0 Ohma (u kratkom spoju) za ispitivanje trenutnog rada upravljanja.

Ulazni napon mijenja se s 0,1 V na 0,5 V, a promjene struje odražavaju se na drugom kanalu. Kao što se vidi na donjoj slici, ulaz od 0,4 V s 0 izvlačenja struje zapravo je drugi kanal koji crpi 400 mA struje na izlazu od 9 V. Krug se napaja napajanjem od 9V.

Također možete provjeriti videozapis na dnu ove stranice za detaljan rad. Reagira ovisno o ulaznom naponu. Na primjer, kada je ulazni napon.4V, opcijsko pojačalo će reagirati da ima isti napon.4V u svojem povratnom kontaktu. Izlaz oppojačala uključuje i kontrolira MOSFET dok pad napona na razdjelnom otporu ne postane.4V.

U ovom se scenariju primjenjuje Ohmov zakon. Otpor će proizvesti pad od.4V samo ako će struja kroz otpor biti 400mA (.4A). To je zato što je Napon = struja x otpor. Prema tome,.4V =.4A x 1 Ohm.

U ovom scenariju, ako spojimo opterećenje (otporno opterećenje) u seriju, isto kao što je opisano u shemi, između pozitivnog priključka napajanja i ispusnog pina MOSFET-a, opcijsko pojačalo će uključiti MOSFET i kroz teret i otpor proći će ista količina struje proizvodeći isti pad napona kao i prije.

Dakle, možemo reći da je struja kroz opterećenje (struja dolazi) jednaka struji kroz MOSFET koja je također jednaka struji kroz ranžirni otpornik. Stavljajući ga u matematički oblik koji dobivamo, Struja koja dolazi do opterećenja = Pad napona / otpor ranžiranja.

Kao što je već spomenuto, pad napona bit će jednak ulaznom naponu na op-pojačalu. Stoga će se, ako se promijeni ulazni napon, promijeniti i izvor struje kroz opterećenje. Stoga, Struja koja dolazi do opterećenja = Ulazni napon / otpor ranžiranja.

Poboljšanja dizajna

1. Povećanje snage otpora može poboljšati rasipanje topline kroz razvodni otpornik. Da bi se odabrala snaga napona otpora, može se upotrijebiti R _w = I ² R, pri čemu je R _w snaga otpora, a I maksimalna izvorna struja, a R vrijednost razdjelnog otpora.
2. Jednako kao i LM358, mnogi optički pojačala imaju dva operativna pojačala u jednom paketu. Ako je ulazni napon prenizak, drugo neiskorišteno opcijsko pojačalo može se upotrijebiti za pojačanje ulaznog napona prema potrebi.
3. Za poboljšanje problema s toplinom i učinkovitosti mogu se koristiti MOSFET-ovi s malim otporom, zajedno s odgovarajućim hladnjakom.