Tervezzen feszültségvezérelt áramforrás áramkört az op

Feszültségvezérelt áramforrás áramkörben, amint a neve is mutatja, a bemeneten lévő kis feszültség arányosan szabályozza a kimeneti terhelések közötti áramlást. Ezt a fajta áramkört az elektronikában általában áramvezérelt eszközök, például BJT, SCR stb. Hajtására használják. Tudjuk, hogy egy BJT-ben a tranzisztor bázisán átfolyó áram szabályozza, hogy mennyi tranzisztor van zárva, ez az alapáram biztosítható sokféle áramkör esetén az egyik módszer ennek a feszültségvezérelt áramforrás áramkörnek a használata. Ellenőrizheti az állandó áramú áramkört is, amely áramvezérelt eszközök meghajtására is használható.

Ebben a projektben elmagyarázzuk, hogyan lehet az op-amp-ot használó feszültségvezérelt áramforrást megtervezni, és fel is építjük annak működésének bemutatására. Ez a fajta feszültség-vezérelt áramforrás áramköre is hívják aktuális szervo. Az áramkör nagyon egyszerű, és minimális számú alkatrésszel felépíthető.

Az Op-Amp alapjai

Ennek az áramkörnek a megértéséhez elengedhetetlen tudni, hogy hogyan működik egy operációs erősítő.

A fenti kép egyetlen műveleti erősítő. Az erősítő erősíti a jeleket, de a jelek erősítésén kívül matematikai műveleteket is végezhet. Az O p-amp vagy az operációs erősítő az Analog Electronics gerince, és számos alkalmazásban használatos, mint például a Summing Amplifier, a differenciálerősítő, a Instrumentation Amplifier, az Op-Amp Integrator stb.

Ha alaposan megnézzük a fenti képet, két bemenet és egy kimenet van. Ez a két bemenet + és - jellel rendelkezik. A pozitív bemenetet invertáló bemenetnek, a negatív bemenetet invertáló bemenetnek nevezzük.

Az első szabály, amelyet az erősítő használt, az, hogy a két bemenet közötti különbség mindig nulla. A jobb megértés érdekében nézzük meg az alábbi képet -

A fenti erősítő áramkör feszültségkövető áramkör. A kimenet a negatív terminálon van összekötve, így 1x erősítő. Ezért a bemeneten megadott feszültség elérhető a kimeneten.

Amint azt korábban említettük, a műveleti erősítő mindkét 0. bemenetet megkülönbözteti. Mivel a kimenet a bemeneti terminálon keresztül van összekötve, az op-amp ugyanazt a feszültséget fogja termelni, mint amit a másik bemeneti terminálon keresztül biztosítunk. Tehát, ha 5 V-ot adunk a bemeneten, mivel az erősítő kimenete a negatív terminálhoz van csatlakoztatva, akkor 5 V-ot fog termelni, ami végül bebizonyítja az 5V - 5V = 0 szabályt. Ez történik az erősítők minden negatív visszacsatolási művelete esetén.

Feszültségvezérelt áramforrás tervezése

Ugyanezen szabály szerint nézzük meg az alábbi áramkört.

A közvetlenül a negatív bemenethez csatlakoztatott op-amp kimenete helyett a negatív visszacsatolás az N csatornás MOSFET-en keresztül csatlakoztatott söntellenállásból származik. Az op-amp kimenet a Mosfet kapun keresztül csatlakozik.

Tegyük fel, hogy 1 V bemenet adódik az op-amp pozitív bemenetén. Az Op-amp a negatív visszacsatolási utat 1V-ra teszi, bármi áron. A kimenet bekapcsolja a MOSFET-et, hogy 1 V-ot kapjon a negatív terminálon. A söntellenállás szabálya az, hogy előállítson egy esésfeszültséget az Ohm törvény szerint, V = IR. Ezért 1 V esésfeszültség keletkezik, ha 1 A áram áramlik át az 1 Ohm ellenálláson.

Az op-amp ezt a cseppfeszültséget használja, és megkapja a kívánt 1V-os visszajelzést. Most, ha olyan terhelést csatlakoztatunk, amely a működéshez áramszabályozást igényel, használhatjuk ezt az áramkört, és a terhelést megfelelő helyre helyezhetjük el.

Az Op-Amp feszültség vezérelt áramforrás részletes kapcsolási rajza az alábbi képen található -

Építkezés

Ennek az áramkörnek a felépítéséhez szükségünk van egy op-erősítőre. Az LM358 egy nagyon olcsó, könnyen megtalálható op-amp, és tökéletes választás ehhez a projekthez, ugyanakkor két op-amp csatornát tartalmaz egy csomagban, de csak egyre van szükségünk. Korábban sok LM358 alapú áramkört építettünk, ezeket is ellenőrizheti. Az alábbi kép áttekintést nyújt az LM358 tűs diagramról.

Ezután N-csatornás MOSFET-re van szükségünk, ehhez az IRF540N- hez más MOSFET-ek is működnek, de győződjön meg arról, hogy a MOSFET csomag rendelkezik-e lehetőséggel további hűtőbordák csatlakoztatására, ha szükséges, és alapos megfontolás szükséges a Igény szerint MOSFET. Az IRF540N pinout az alábbi képen látható -

A harmadik követelmény a söntellenállás. Maradjunk 1 ohm 2 wattos ellenállásban. További két ellenállás szükséges, az egyik a MOSFET kapuellenálláshoz, a másik pedig a visszacsatoló ellenálláshoz. Ez a kettő szükséges a terhelési hatás csökkentéséhez. A két ellenállás közötti esés azonban elhanyagolható.

Most áramforrásra van szükségünk, ez egy pad tápegység. Két pad áll rendelkezésre a pad tápegységében. Az egyiket, az első csatornát az áramellátás biztosítására használják, a másikat pedig a változó feszültség biztosítására használt második csatornának az áramkör forrásáramának szabályozására. Mivel a vezérlőfeszültséget egy külső forrásból táplálják, mindkét csatornának azonos potenciálban kell lennie, így a második csatorna földelő kapcsa az első csatorna földelő kapcsain keresztül csatlakozik.

Ez a vezérlőfeszültség azonban bármiféle potenciométerrel megadható változó feszültségosztóról. Ilyen esetben egyetlen tápegység elegendő. Ezért a következő alkatrészekre van szükség egy feszültség által vezérelt változó áramforrás előállításához -

1. Op-amp (LM358)
2. MOSFET (IRF540N)
3. Shunt ellenállás (1 Ohm)
4. 1k ellenállás
5. 10k ellenállás
6. Tápegység (12V)
7. Tápegység
8. Kenyérlemez és további csatlakozó vezetékek

Feszültség vezérelt áramforrás működik

Az áramkört kenyérlemezbe építik tesztelési célokra, amint az az alábbi képen látható. A terhelés nincs csatlakoztatva az áramkörhöz, hogy ideális 0 Ohm (rövidzárlat) legyen az aktuális vezérlés működésének teszteléséhez.

A bemeneti feszültség 0,1 V-ról 0,5 V-ra változik, és az áramváltozások a másik csatornán tükröződnek. Amint az az alábbi képen látható, a 0,4 V-os bemenet 0 áramfelvétellel valósítja meg a második csatornát, amely 400 mA áramot von le 9 V-os kimeneten. Az áramkört 9 V-os tápfeszültség táplálja.

A részletes munkát az oldal alján található videón is ellenőrizheti. A bemeneti feszültségtől függően reagál. Például, ha a bemeneti feszültség 0,4 V, akkor az op-erősítő reagál arra, hogy a visszajelző tüskéjében ugyanaz a feszültség legyen. Az op-amp kimenete bekapcsol és vezérli a MOSFET-et, amíg a söntellenálláson a feszültségesés 0,4 V-os nem lesz.

Ebben a forgatókönyvben az Ohms-törvényt alkalmazzák. Az ellenállás csak akkor okoz 4 V esést, ha az ellenálláson átáramló áram 400mA (.4A) lesz. Ennek oka, hogy Feszültség = áram x ellenállás. Ezért.4V =.4A x 1 Ohm.

Ebben a forgatókönyvben, ha a terhelést (rezisztív terhelést) sorba kötjük, mint a vázlaton leírtak, a tápegység pozitív kapcsa és a MOSFET Drain csapja közé, az op-amp bekapcsolja a MOSFET-et és a ugyanannyi áram áramlik át a terhelésen és az ellenálláson, ugyanazzal a feszültségeséssel, mint korábban.

Így azt mondhatjuk, hogy a terhelésen keresztüli áram (az áram származik) megegyezik a MOSFET-en keresztüli árammal, amely megegyezik a söntellenálláson átáramló áramával is. Matematikai formába öntve, A terheléshez tartozó áram = Feszültségesés / Shunt ellenállás.

Amint azt korábban megbeszéltük, a feszültségesés megegyezik az op-erősítő bemeneti feszültségével. Ezért ha megváltozik a bemeneti feszültség, akkor a terhelésen keresztüli áramforrás is megváltozik. Ennélfogva, A terheléshez tartozó áram = Bemeneti feszültség / Shunt ellenállás.

Tervezési fejlesztések

1. Az ellenállás teljesítményének növekedése javíthatja a shunt ellenállás hőelvezetését. Ahhoz, hogy válassza ki a teljesítmény a sönt ellenállás, R _w = I ² R lehet használni, ahol R _w jelentése az ellenállás teljesítmény, és azt a maximális származó áram, és R jelentése az értéke söntellenálláson.
2. Az LM358-hoz hasonlóan sok op-amp IC-nek két op-amperje van egyetlen csomagban. Ha a bemeneti feszültség túl alacsony, akkor a második használaton kívüli op-amp-ot felhasználhatja a bemeneti feszültség szükség szerinti erősítésére.
3. A termikus és hatékonysági problémák javítása érdekében alacsony ellenállású MOSFET-ek használhatók a megfelelő hűtőbordákkal.