Dissenyeu un circuit senzill de dissipador de corrent constant mitjançant op

Current Source i Current dissipador són dos termes principals utilitzats en el disseny d’electrònica; aquests dos termes dicten la quantitat de corrent que pot sortir o entrar en un terminal. Per exemple, el disipador i el corrent font d’un pin de sortida digital típic del microcontrolador 8051 són 1,6 mA i 60 uA respectivament. És a dir, el pin pot lliurar (font) fins a 60 uA quan es fa alt i pot rebre (enfonsar) fins a 1,6 mA quan es fa baix. Durant el disseny del nostre circuit, de vegades hem de construir els nostres propis circuits de font de corrent i dissipador de corrent. En el tutorial anterior, vam crear un circuit de font de corrent controlat per voltatge mitjançant amplificadors operatius i MOSFET comuns que es pot utilitzar per obtenir corrent a una càrrega, però en alguns casos, en lloc del corrent d’abastament, necessitarem una opció de dissipador de corrent.

Per tant, en aquest tutorial, aprendrem a construir un circuit de dissipador de corrent constant controlat per tensió. Un circuit d’enfonsament de corrent constant controlat per tensió, com el seu nom indica, controla la quantitat de corrent que s’enfonsa en funció del voltatge aplicat. Abans de continuar amb la construcció del circuit, entenem el circuit de dissipació de corrent constant.

Què és un circuit d’enfonsament de corrent constant?

Un circuit d’enfonsament de corrent constant s’enfonsa actualment independentment de la resistència de càrrega sempre que no es canviï la tensió d’entrada. Per a un circuit amb resistència d'1 ohm, alimentat mitjançant entrada d'1V, el corrent constant és 1A segons la llei d'Ohms. Però, si la llei d'Ohms decideix la quantitat de corrent que circula a través d'un circuit, per què necessitem una font de corrent constant i un circuit de dissipació de corrent?

Com podeu veure a la imatge anterior, un circuit de font actual proporciona corrent per conduir la càrrega. La quantitat de càrrega actual que rebrà la decidirà el circuit font actual, ja que actua com a font d'alimentació. De la mateixa manera, el circuit de pica actual actua com una terra, de nou la quantitat de corrent que rep la càrrega serà controlada pel circuit de pica actual. La principal diferència és que el circuit font té a la font (subministrament) prou corrent per a la càrrega, mentre que el circuit de pica només ha de limitar el corrent a través del circuit.

Dissipador de corrent controlat per tensió mitjançant Op-Amp

El circuit de dissipador de corrent constant controlat per tensió funciona exactament de la mateixa manera que el circuit de font de corrent controlat per tensió que vam construir anteriorment.

Per a un circuit de dissipador de corrent, es canvia la connexió d'amplificador operacional, és a dir, l'entrada negativa està connectada a una resistència de derivació. Això proporcionarà els comentaris negatius necessaris a l’amplificador operatiu. Aleshores tenim un transistor PNP, que està connectat a través de la sortida de l'amplificador operatiu de manera que el pin de sortida d'ampli operatiu pugui conduir el transistor PNP. Ara, recordeu sempre que un Op-Amp intentarà que el voltatge a les dues entrades (positiu i negatiu) sigui igual.

Suposem que l'entrada de 1 V es dóna a través de l'entrada positiva de l'amplificador operacional. L’amplificador operatiu ara intentarà que l’altra entrada negativa també sigui 1V. Però, com es pot fer això? La sortida de l’amplificador operatiu activarà el transistor de manera que l’altra entrada obtingui 1 V del nostre subministrament de V.

La resistència de derivació produirà una caiguda de tensió segons la llei d’Ohms, V = IR. Per tant, 1A de flux de corrent a través del transistor crearà una caiguda de tensió d’1V. El transistor PNP enfonsarà aquest 1A de corrent i l’amplificador operatiu utilitzarà aquesta caiguda de tensió i obtindrà la retroalimentació desitjada d’1V. D'aquesta manera, canviant la tensió d'entrada es controlarà la base i el corrent a través de la resistència de derivació. Ara, introduïm la càrrega que s’ha de controlar al nostre circuit.

Com podeu veure, ja hem dissenyat circuits de dissipador de corrent controlat per voltatge mitjançant Op-Amp. Però per a una demostració pràctica, en lloc d’utilitzar un RPS per proporcionar tensió variable a Vin, fem servir un potenciòmetre. Ja sabem que el potenciòmetre que es mostra a continuació funciona com a divisor de potencial per proporcionar una tensió variable entre 0V i Vsuppliació (+).

Ara, construïm el circuit i comprovem el seu funcionament.

Construcció

Igual que el tutorial anterior, utilitzarem LM358, ja que és molt barat, fàcil de trobar i està disponible. Tot i això, té dos canals d’amplificador operatiu en un paquet, però només en necessitem un. Anteriorment hem construït molts circuits basats en LM358 que també podeu comprovar. La imatge següent és una visió general del diagrama de pins LM358.

A continuació, necessitem un transistor PNP, amb aquest propòsit s’utilitza BD140. Altres transistors també funcionaran, però la dissipació de calor és un problema. Per tant, el paquet Transistor ha de tenir una opció per connectar un dissipador de calor addicional. El pinout BD140 es mostra a la imatge següent -

Un altre component important és el Shunt Resistor. Fixem-nos en una resistència de 47 ohms de 2 watts per a aquest projecte. Detall components necessaris es descriuen en la següent llista.

1. Amplificador operatiu (LM358)
2. Transistor PNP (BD140)
3. Resistència de derivació (47 ohms)
4. 1k resistència
5. 10k resistència
6. Font d'alimentació (12V)
7. Potenciòmetre de 50 k
8. Taula de pa i cables de connexió addicionals

Funcionament del circuit d'enfonsament de corrent controlat per tensió

El circuit es construeix en una senzilla taula de proves per a proves, tal com es pot veure a la imatge següent. Per provar la instal·lació de corrent constant, s’utilitzen diferents resistències com a càrrega resistiva.

El voltatge d’entrada es canvia mitjançant el potenciòmetre i els canvis de corrent es reflecteixen en la càrrega. Com es veu a la imatge següent, la càrrega enfonsa 0,16A de corrent. També podeu consultar el treball detallat al vídeo enllaçat a la part inferior d’aquesta pàgina. Però, què passa exactament dins del circuit?

Com s’ha comentat abans, durant l’entrada de 8V, l’ampli operatiu farà caure la tensió a través de la resistència de derivació de 8V en el seu pin de retroalimentació. La sortida de l'amplificador operatiu activarà el transistor fins que la resistència de derivació produeixi una caiguda de 8V.

Segons la llei d’Ohms, la resistència només produirà una caiguda de 8V quan el flux de corrent sigui de 170mA (.17A). Això es deu al voltatge = corrent x resistència. Per tant, 8V =.17A x 47 Ohms. En aquest escenari, la càrrega resistiva connectada que es troba en sèrie com es mostra a l'esquema també contribuirà al flux de corrent. L’amplificador operatiu encendrà el transistor i la mateixa quantitat de corrent s’enfonsarà a terra que la resistència de derivació.

Ara, si la tensió és fixa, sigui quina sigui la càrrega resistiva connectada, el flux de corrent serà el mateix; en cas contrari, la tensió a l’ampli operatiu no serà la mateixa que la tensió d’entrada.

Així, podem dir que el corrent a través de la càrrega (el corrent està enfonsat) és igual al corrent a través del transistor que també és igual al corrent a través de la resistència de derivació. Així, en reorganitzar l’equació anterior, Corrent per la càrrega = Caiguda de tensió / Resistència de derivació.

Com s’ha comentat abans, la caiguda de tensió serà la mateixa que la tensió d’entrada a l’amplificador operacional. Per tant, Corrent per la càrrega = Voltatge d'entrada / Resistència de derivació.

Si es canvia la tensió d’entrada, també canviarà el dissipador de corrent a través de la càrrega.

Millores en el disseny

1. Si la dissipació de calor és més gran, augmenteu la potència de la resistència de derivació. Per seleccionar la potència de la resistència de derivació, es pot utilitzar R _w = I ² R, on R _w és la potència de la resistència i I és el cabal màxim de corrent i R és el valor de la resistència de derivació.
2. LM358 té dos amplificadors operatius en un sol paquet. A part d’això, molts circuits integrats d’amplificadors operatius tenen dos amplificadors operatius en un sol paquet. Si el voltatge d'entrada és massa baix, es pot utilitzar el segon amplificador operatiu per amplificar el voltatge d'entrada segons sigui necessari.