ออกแบบวงจรซิงก์กระแสคงที่อย่างง่ายโดยใช้ op

แหล่งที่มาปัจจุบันและอ่างล้างจานปัจจุบันเป็นคำศัพท์หลักสองคำที่ใช้ในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คำศัพท์ทั้งสองนี้กำหนดว่ากระแสสามารถออกหรือเข้าสู่เทอร์มินัลได้เท่าใด ตัวอย่างเช่นซิงก์และกระแสแหล่งที่มาของขาเอาต์พุตดิจิตอลไมโครคอนโทรลเลอร์ 8051 ทั่วไปคือ 1.6mA และ 60uA ตามลำดับ หมายถึงพินสามารถส่ง (แหล่งที่มา) ได้ถึง 60uA เมื่อสร้างสูงและสามารถรับ (จม) ได้ถึง 1.6mA เมื่อทำต่ำ ในช่วงการออกแบบวงจรของเราบางครั้งเรามีการสร้างของเราเองมากมาในปัจจุบันและวงจรอ่างล้างจานในปัจจุบันในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจรแหล่งจ่ายกระแสที่ควบคุมแรงดันโดยใช้ op-amp และ MOSFET ทั่วไปซึ่งสามารถใช้ในการจัดหากระแสไปยังโหลดได้ แต่ในบางกรณีแทนที่จะใช้กระแสที่จัดหาเราจะต้องมีตัวเลือกอ่างล้างจานในปัจจุบัน

ดังนั้นในการกวดวิชานี้เราจะได้เรียนรู้วิธีการสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมวงจรคงที่อ่างล้างจานในปัจจุบันวงจรซิงก์กระแสคงที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าตามชื่อที่แนะนำจะควบคุมปริมาณกระแสที่จมลงไปตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ก่อนที่จะดำเนินการสร้างวงจรต่อไปเรามาทำความเข้าใจเกี่ยวกับวงจรซิงก์กระแสคงที่

วงจรคงที่ในปัจจุบันคืออะไร?

วงจรซิงก์กระแสคงที่จะจมกระแสโดยไม่คำนึงถึงความต้านทานโหลดตราบเท่าที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตไม่เปลี่ยนแปลง สำหรับวงจรที่มีความต้านทาน 1 โอห์มขับเคลื่อนโดยใช้อินพุต 1V กระแสคงที่คือ 1A ตามกฎของโอห์ม แต่ถ้ากฎของโอห์มตัดสินว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรเท่าใดทำไมเราถึงต้องการแหล่งกระแสคงที่และวงจรจมกระแส?

ดังที่คุณเห็นจากภาพด้านบนวงจรแหล่งจ่ายกระแสจะให้กระแสเพื่อขับเคลื่อนโหลด ปริมาณของโหลดปัจจุบันที่ได้รับจะถูกกำหนดโดยวงจรแหล่งจ่ายกระแสเนื่องจากทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายไฟ ในทำนองเดียวกันวงจรซิงก์ปัจจุบันจะทำหน้าที่เหมือนกราวด์อีกครั้งปริมาณกระแสที่โหลดได้รับจะถูกควบคุมโดยวงจรซิงก์ปัจจุบัน ข้อแตกต่างที่สำคัญคือวงจรต้นทางต้องจ่ายกระแสไฟฟ้าให้เพียงพอกับโหลดในขณะที่วงจรซิงก์ต้อง จำกัด กระแสผ่านวงจรเท่านั้น

อ่างล้างกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ Op-Amp

วงจรซิงก์กระแสคงที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำงานในลักษณะเดียวกับวงจรแหล่งจ่ายกระแสที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เราสร้างไว้ก่อนหน้านี้

สำหรับวงจรซิงก์ปัจจุบันการเชื่อมต่อ op-amp จะเปลี่ยนไปนั่นคืออินพุตเชิงลบที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทานแบบแบ่ง สิ่งนี้จะให้ข้อเสนอแนะเชิงลบที่จำเป็นแก่ op-amp จากนั้นเรามีทรานซิสเตอร์ PNPซึ่งเชื่อมต่อผ่านเอาต์พุตของ Op-amp เพื่อให้ขาเอาต์พุตของ op-amp สามารถขับทรานซิสเตอร์ PNP ได้ ตอนนี้โปรดจำไว้เสมอว่า Op-Amp จะพยายามทำให้แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตทั้งสอง (บวกและลบ) เท่ากัน

สมมติว่าอินพุต 1V จะได้รับจากอินพุตบวกของ op-amp ตอนนี้ Op-amp จะพยายามสร้างอินพุตเชิงลบอื่น ๆ เป็น 1V แต่จะทำได้อย่างไร? เอาต์พุตของ op-amp จะเปิดทรานซิสเตอร์ในลักษณะที่อินพุตอื่นจะได้รับ 1V จาก Vsupply ของเรา

ตัวต้านทาน shunt จะผลิตแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงตาม Ohms กฎหมายV = IR ดังนั้นการไหลของกระแส 1A ผ่านทรานซิสเตอร์จะสร้างแรงดันตก 1V ทรานซิสเตอร์ PNP จะจมกระแส 1A นี้และ op-amp จะใช้แรงดันตกนี้และได้รับการตอบรับ 1V ที่ต้องการ วิธีนี้การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะควบคุมฐานและกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานแบบแบ่ง ตอนนี้ขอแนะนำโหลดที่ต้องควบคุมในวงจรของเรา

อย่างที่คุณเห็นเราได้ออกแบบวงจรซิงก์กระแสที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ Op-Ampแล้ว แต่สำหรับการสาธิตในทางปฏิบัติแทนที่จะใช้ RPS เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าแปรผันแก่ Vin ให้ใช้โพเทนชิออมิเตอร์ เรารู้อยู่แล้วว่าโพเทนชิออมิเตอร์ที่แสดงด้านล่างทำงานเป็นตัวแบ่งที่มีศักยภาพเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าแปรผันระหว่าง 0V ถึง Vsupply (+)

ตอนนี้เรามาสร้างวงจรและตรวจสอบว่ามันทำงานอย่างไร

การก่อสร้าง

เช่นเดียวกับบทช่วยสอนก่อนหน้านี้เราจะใช้ LM358 เนื่องจากมีราคาถูกมากหาง่ายและมีจำหน่ายทั่วไป อย่างไรก็ตามมันมีช่อง op-amp สองช่องในแพ็คเกจเดียว แต่เราต้องการเพียงช่องเดียว ก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจรที่ใช้ LM358 จำนวนมากซึ่งคุณสามารถตรวจสอบได้ ภาพด้านล่างเป็นภาพรวมของแผนภาพพิน LM358

ต่อไปเราต้องการทรานซิสเตอร์ PNP BD140ใช้เพื่อการนี้ ทรานซิสเตอร์อื่น ๆ ก็จะทำงานเช่นกัน แต่การกระจายความร้อนเป็นปัญหา ดังนั้นแพ็คเกจทรานซิสเตอร์จึงจำเป็นต้องมีตัวเลือกในการเชื่อมต่อชุดระบายความร้อนเพิ่มเติม BD140 pinout แสดงในภาพด้านล่าง -

ส่วนประกอบหลักอีกอย่างคือ Shunt Resistor ลองติดเป็นตัวต้านทาน 47 โอห์ม 2 วัตต์สำหรับโครงการนี้ รายละเอียดส่วนประกอบที่จำเป็นอธิบายไว้ในรายการด้านล่าง

ออปแอมป์ (LM358)
ทรานซิสเตอร์ PNP (BD140)
Shunt Resistor (47 โอห์ม)
ตัวต้านทาน 1k
ตัวต้านทาน 10k
แหล่งจ่ายไฟ (12V)
โพเทนชิออมิเตอร์ 50k
Bread Board และสายเชื่อมต่อเพิ่มเติม

วงจรจมกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมแรงดันทำงาน

วงจรนี้สร้างขึ้นในเขียงหั่นขนมแบบธรรมดาเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบดังที่คุณเห็นในภาพด้านล่าง เพื่อทดสอบสิ่งอำนวยความสะดวกในปัจจุบันคงต้านทานแตกต่างกันจะใช้เป็นภาระทาน

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะเปลี่ยนไปโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์และการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันจะสะท้อนให้เห็นในโหลด เท่าที่เห็นในภาพด้านล่าง0.16A ปัจจุบันจะจมอยู่กับความเร็วในการโหลด คุณยังสามารถตรวจสอบการทำงานโดยละเอียดในวิดีโอที่เชื่อมโยงที่ด้านล่างของหน้านี้ แต่เกิดอะไรขึ้นในวงจร?

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในระหว่างอินพุต 8V op-amp จะทำให้แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแบบแบ่งสำหรับ 8V ในพินป้อนกลับ เอาท์พุทของ op-amp จะเปิดทรานซิสเตอร์จนกว่าตัวต้านทาน shunt จะลดลง 8V

ตามกฎของโอห์มตัวต้านทานจะให้กระแสไฟฟ้าลดลง 8V เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 170mA (.17A) เนื่องจากแรงดันไฟฟ้า = ปัจจุบัน x ความต้านทาน ดังนั้น 8V =.17A x 47 โอห์ม ในสถานการณ์นี้โหลดตัวต้านทานที่เชื่อมต่อซึ่งอยู่ในอนุกรมตามที่แสดงในแผนผังจะมีส่วนช่วยในการไหลของกระแสด้วย ออปแอมป์จะเปิดทรานซิสเตอร์และกระแสไฟฟ้าจำนวนเดียวกันจะจมลงสู่พื้นเป็นตัวต้านทานแบบแบ่ง

ตอนนี้ถ้าแรงดันคงที่ไม่ว่าจะเชื่อมต่อโหลดตัวต้านทานใด ๆ การไหลของกระแสจะเท่ากันมิฉะนั้นแรงดันไฟฟ้าข้าม op-amp จะไม่เหมือนกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่ากระแสผ่านโหลด (กระแสจม) เท่ากับกระแสผ่านทรานซิสเตอร์ซึ่งเท่ากับกระแสผ่านตัวต้านทานแบบแบ่งเช่นกัน ดังนั้นโดยการจัดเรียงสมการข้างต้นใหม่

การจมปัจจุบันโดยโหลด = แรงดันตก / ความต้านทาน Shunt

ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้แรงดันตกจะเหมือนกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของ op-amp ดังนั้น, จมปัจจุบันโดยโหลด = แรงดันไฟฟ้าขาเข้า / ความต้านทาน Shunt

หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้ามีการเปลี่ยนแปลงอ่างกระแสไฟฟ้าผ่านโหลดก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน

การปรับปรุงการออกแบบ

หากการกระจายความร้อนสูงขึ้นให้เพิ่มกำลังวัตต์ของตัวต้านทานแบบแบ่ง สำหรับการเลือกวัตต์ของตัวต้านทานแบบแบ่งสามารถใช้R _w = I ² Rได้โดยที่R _wคือวัตต์ของตัวต้านทานและIคือการไหลของกระแสสูงสุดและRคือค่าของตัวต้านทานแบบปัด
LM358 มีออปแอมป์สองตัวในแพ็คเกจเดียว นอกเหนือจากนี้ op-amp ICs หลายตัวมี op-amps สองตัวในแพ็คเกจเดียว หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าต่ำเกินไปเราสามารถใช้ op-amp ตัวที่สองเพื่อขยายแรงดันไฟฟ้าขาเข้าได้ตามต้องการ