ออกแบบวงจรแหล่งจ่ายกระแสที่ควบคุมแรงดันโดยใช้ op

ในวงจรแหล่งจ่ายกระแสที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าตามชื่อที่แสดงถึงแรงดันไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยทั่วอินพุตจะควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในโหลดเอาต์พุตตามสัดส่วน วงจรประเภทนี้มักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์ควบคุมกระแสเช่น BJT, SCR เป็นต้นเราทราบดีว่าใน BJT กระแสที่ไหลผ่านฐานของทรานซิสเตอร์จะควบคุมว่าทรานซิสเตอร์ปิดอยู่เท่าใดกระแสไฟฟ้าฐานนี้สามารถให้ได้ โดยหลายประเภทของวงจรวิธีการหนึ่งคือการใช้นี้แรงดันไฟฟ้าควบคุมวงจรมาในปัจจุบันคุณยังสามารถตรวจสอบวงจรกระแสคงที่ซึ่งสามารถใช้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ที่ควบคุมกระแสได้

ในโครงการนี้เราจะอธิบายวิธีการออกแบบแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ op-ampและสร้างขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นถึงการทำงาน ชนิดของแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมวงจรมาในปัจจุบันนี้เรียกว่ายังมีเซอร์โวปัจจุบันวงจรนี้ง่ายมากและสามารถสร้างได้ด้วยส่วนประกอบขั้นต่ำ

พื้นฐานของ Op-Amp

เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของวงจรนี้จำเป็นต้องทราบว่าเครื่องขยายเสียงทำงานอย่างไร

ภาพด้านบนเป็นเครื่องขยายเสียงที่ใช้งานได้เครื่องเดียว เครื่องขยายเสียงจะขยายสัญญาณ แต่นอกเหนือจากการขยายสัญญาณแล้วยังสามารถดำเนินการทางคณิตศาสตร์ได้อีกด้วย O p-amp หรือ Operational Amplifier เป็นกระดูกสันหลังของ Analog Electronics และถูกนำไปใช้ในหลาย ๆ แอพพลิเคชั่นเช่น Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Op-Amp Integrator เป็นต้น

หากเรามองอย่างใกล้ชิดในภาพด้านบนจะมีอินพุตสองตัวและหนึ่งเอาต์พุต อินพุตทั้งสองนี้มีเครื่องหมาย + และ - อินพุตบวกเรียกว่าอินพุตที่ไม่เปลี่ยนกลับและอินพุตเชิงลบเรียกว่าอินพุทอินพุท

กฎข้อแรกที่แอมพลิฟายเออร์ใช้ในการทำงานคือทำให้ความแตกต่างระหว่างอินพุตทั้งสองนี้เป็นศูนย์เสมอ เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นลองดูภาพด้านล่าง -

วงจรขยายข้างต้นเป็นวงจรติดตามแรงดันไฟฟ้า เอาต์พุตเชื่อมต่ออยู่ในขั้วลบทำให้เป็นเครื่องขยายสัญญาณ 1x ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดให้กับอินพุตจึงมีอยู่ในเอาต์พุต

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้สร้างความแตกต่างของอินพุตทั้งสองเป็น 0 เมื่อเอาต์พุตเชื่อมต่อผ่านขั้วอินพุตออปแอมป์จะสร้างแรงดันไฟฟ้าเดียวกันกับที่ให้ไว้ที่ขั้วอินพุตอื่น ดังนั้นหากกำหนด 5V ผ่านอินพุตเนื่องจากเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์เชื่อมต่อที่ขั้วลบมันจะสร้าง 5V ซึ่งในที่สุดก็พิสูจน์กฎ 5V - 5V = 0 สิ่งนี้เกิดขึ้นกับการทำงานของข้อเสนอแนะเชิงลบทั้งหมดของแอมพลิฟายเออร์

การออกแบบแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ตามกฎเดียวกันเรามาดูวงจรด้านล่าง

ตอนนี้แทนการส่งออกของสหกรณ์แอมป์เชื่อมต่อกับการป้อนข้อมูลเชิงลบโดยตรง, ลบความคิดเห็นที่ได้มาจากตัวต้านทาน shunt ที่เชื่อมต่อข้ามN ช่อง MOSFET เอาต์พุตของออปแอมป์เชื่อมต่อผ่านประตู Mosfet

สมมติว่าอินพุต 1V จะได้รับจากอินพุตบวกของ op-amp Op-amp จะสร้างเส้นทางข้อเสนอแนะเชิงลบ 1V โดยเสียค่าใช้จ่ายใด ๆ เอาต์พุตจะเปิด MOSFET เพื่อรับ 1V ผ่านขั้วลบ กฎของตัวต้านทานแบบแบ่งคือการสร้างแรงดันตกตามกฎของโอห์ม V = IR ดังนั้นแรงดันตก 1V จะเกิดขึ้นถ้า 1A ของกระแสไหลผ่านตัวต้านทาน 1 โอห์ม

op-amp จะใช้แรงดันตกนี้และรับข้อมูลป้อนกลับ 1V ที่ต้องการ ตอนนี้ถ้าเราเชื่อมต่อโหลดที่ต้องการการควบคุมกระแสสำหรับการทำงานเราสามารถใช้วงจรนี้และวางโหลดในตำแหน่งที่เหมาะสม

แผนภาพวงจรโดยละเอียดสำหรับแหล่งกำเนิดกระแสที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าของ Op-Ampมีอยู่ในภาพด้านล่าง -

การก่อสร้าง

ในการสร้างวงจรนี้เราต้องมี op-amp LM358เป็น op-amp ราคาถูกมากหาง่ายและเป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับโครงการนี้ แต่มีช่อง op-amp สองช่องในแพ็คเกจเดียว แต่เราต้องการเพียงช่องเดียว ก่อนหน้านี้เราได้สร้างวงจรที่ใช้ LM358 จำนวนมากซึ่งคุณสามารถตรวจสอบได้ ภาพด้านล่างเป็นภาพรวมของแผนภาพพิน LM358

ต่อไปเราต้องใช้ N Channel MOSFET สำหรับIRF540Nนี้จะใช้งาน MOSFET อื่น ๆ ได้เช่นกัน แต่ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแพ็คเกจ MOSFET มีตัวเลือกในการเชื่อมต่อชุดระบายความร้อนเพิ่มเติมหากจำเป็นและจำเป็นต้องพิจารณาอย่างรอบคอบเพื่อเลือกข้อกำหนดที่เหมาะสมของ MOSFET ตามต้องการ IRF540N pinout แสดงในภาพด้านล่าง -

ความต้องการที่สามคือตัวต้านทาน shunt ลองติดเป็นตัวต้านทาน 1 โอห์ม 2 วัตต์ อีกสองตัวต้านทานจะต้องหนึ่งสำหรับ MOSFET ต้านทานประตูและคนอื่น ๆ ที่เป็นตัวต้านทานข้อเสนอแนะจำเป็นต้องใช้สองสิ่งนี้เพื่อลดเอฟเฟกต์การโหลด อย่างไรก็ตามการลดลงระหว่างตัวต้านทานทั้งสองนี้มีน้อยมาก

ตอนนี้เราต้องการแหล่งพลังงานก็เป็นแหล่งจ่ายไฟม้านั่งมีสองช่องในแหล่งจ่ายไฟม้านั่ง หนึ่งในนั้นช่องแรกใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรและอีกช่องหนึ่งซึ่งเป็นช่องที่สองที่ใช้เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าผันแปรเพื่อควบคุมกระแสต้นทางของวงจร เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าควบคุมถูกนำไปใช้จากแหล่งภายนอกช่องสัญญาณทั้งสองจะต้องมีศักยภาพเท่ากันดังนั้นขั้วกราวด์ของช่องสัญญาณที่สองจึงเชื่อมต่อผ่านขั้วกราวด์ช่องแรก

อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าควบคุมนี้สามารถกำหนดได้จากตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบแปรผันโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ชนิดใดก็ได้ ในกรณีเช่นนี้แหล่งจ่ายไฟเดียวก็เพียงพอแล้ว ดังนั้นจำเป็นต้องใช้ส่วนประกอบต่อไปนี้เพื่อสร้างแหล่งกระแสแปรผันที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า -

ออปแอมป์ (LM358)
มอสเฟต (IRF540N)
Shunt Resistor (1 โอห์ม)
ตัวต้านทาน 1k
ตัวต้านทาน 10k
แหล่งจ่ายไฟ (12V)
หน่วยจ่ายพลังงาน
Bread Board และสายเชื่อมต่อเพิ่มเติม

แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าควบคุมแรงดันทำงาน

วงจรถูกสร้างขึ้นในเขียงหั่นขนมเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบดังที่คุณเห็นในภาพด้านล่าง โหลดไม่ได้เชื่อมต่อในวงจรเพื่อให้เป็น 0 โอห์มที่ใกล้เหมาะที่สุดสำหรับการทดสอบการทำงานของการควบคุมปัจจุบัน

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าเปลี่ยนจาก 0.1V เป็น 0.5V และการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันจะสะท้อนให้เห็นในช่องอื่น ดังที่เห็นในภาพด้านล่างอินพุต 0.4V พร้อมการดึงกระแส 0 ทำให้ช่องที่สองสามารถดึงกระแส 400mA ที่เอาต์พุต 9V ได้อย่างมีประสิทธิภาพ วงจรขับเคลื่อนโดยใช้แหล่งจ่ายไฟ 9V

คุณยังสามารถตรวจสอบวิดีโอที่ด้านล่างของหน้านี้เพื่อดูการทำงานโดยละเอียด กำลังตอบสนองขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ตัวอย่างเช่นเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตเท่ากับ. 4V ออปแอมป์จะตอบสนองเพื่อให้มีแรงดันไฟฟ้า. 4V เท่ากันในพินป้อนกลับของเขา เอาต์พุตของ op-amp จะเปิดและควบคุม MOSFET จนกระทั่งแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแบบแบ่งกลายเป็น. 4V

กฎของโอห์มถูกนำไปใช้ในสถานการณ์นี้ ตัวต้านทานจะผลิตเพียง. 4V ลดลงหากกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานจะ 400mA (.4A) เนื่องจากแรงดันไฟฟ้า = ปัจจุบัน x ความต้านทาน ดังนั้น. 4V =.4A x 1 โอห์ม

ในสถานการณ์นี้หากเราเชื่อมต่อโหลด (โหลดตัวต้านทาน) ในอนุกรมเดียวกันกับที่อธิบายไว้ในแผนผังระหว่างขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟและขาระบายของ MOSFET op-amp จะเปิด MOSFET และ กระแสไฟฟ้าในปริมาณที่เท่ากันจะไหลผ่านโหลดและตัวต้านทานโดยให้แรงดันไฟฟ้าตกเช่นเดิม

ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่ากระแสผ่านโหลด (กระแสมีที่มา) เท่ากับกระแสผ่าน MOSFET ซึ่งเท่ากับกระแสผ่านตัวต้านทานแบบแบ่ง วางไว้ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เราได้รับ

กระแสที่มาจากโหลด = แรงดันตก / ความต้านทาน Shunt

ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้แรงดันตกจะเหมือนกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของ op-amp ดังนั้นหากแรงดันไฟฟ้าขาเข้ามีการเปลี่ยนแปลงแหล่งจ่ายกระแสผ่านโหลดก็จะเปลี่ยนไปด้วย ดังนั้น

กระแสที่มาที่โหลด = แรงดันไฟฟ้าขาเข้า / ความต้านทานการปัด

การปรับปรุงการออกแบบ

การเพิ่มกำลังไฟของตัวต้านทานสามารถปรับปรุงการกระจายความร้อนทั่วตัวต้านทานแบบแบ่งได้ ในการเลือกวัตต์ของตัวต้านทานแบบแบ่งสามารถใช้R _w = I ² Rได้โดยที่R _wคือวัตต์ของตัวต้านทานและฉันคือกระแสที่มาสูงสุดและRคือค่าของตัวต้านทานแบบแบ่ง
เช่นเดียวกับ LM358 ไอซีออปแอมป์จำนวนมากมีออปแอมป์สองตัวในแพ็คเกจเดียว หากแรงดันไฟฟ้าอินพุตต่ำเกินไปสามารถใช้ออปแอมป์ตัวที่สองที่ไม่ได้ใช้เพื่อขยายแรงดันไฟฟ้าอินพุตได้ตามต้องการ
สำหรับการปรับปรุงปัญหาด้านความร้อนและประสิทธิภาพสามารถใช้ MOSFET ที่มีความต้านทานต่ำร่วมกับชุดระบายความร้อนที่เหมาะสม