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  • 基于運算放大器的壓控電流源電路設(shè)計圖解
    • 發(fā)布時間:2022-02-19 18:05:22
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    基于運算放大器的壓控電流源電路設(shè)計圖解
    顧名思義,壓控電流源電路是輸入端的少量電壓將按比例控制流經(jīng)輸出負(fù)載的電流。這種類型的電路在電子產(chǎn)品中常用來驅(qū)動BJT、SCR等電流控制器件。眾所周知,在BJT中,流經(jīng)晶體管基極的電流控制著晶體管閉合的數(shù)量,可以提供該基極電流對于許多類型的電路,一種方法是使用這種壓控電流源電路。還可以檢查恒流電路,該電路也可用于驅(qū)動電流控制設(shè)備。在本文中,將介紹使用運算放大器設(shè)計和構(gòu)建電壓控制電流源的工作原理。這種壓控電流源電路也稱為電流伺服。該電路非常簡單,可以用最少數(shù)量的元件構(gòu)成。
    1.運算放大器原理
    圖1是單個運算放大器。放大器放大信號,但除了放大信號之外,它還可以進行數(shù)學(xué)運算。并且在許多應(yīng)用中,可作為加法放大器,差分放大器,儀表放大器,運算放大器積分器等等。如圖所示,運算放大器有兩個輸入和一個輸出。這兩個輸入具有 + 和 - 符號。正輸入稱為同相輸入,負(fù)輸入稱為反相輸入。
    運算放大器
    圖1 單個運算放大器
    2.電壓跟隨器電路
    運算放大器
    圖2 電壓跟隨器電路圖
    圖2是放大電路是一個電壓跟隨器電路。輸出連接在負(fù)端子上,使其成為 1x 增益放大器。因此,輸入端給出的電壓可用于輸出端。如上所述,運算放大器將兩個輸入的微分設(shè)為0。當(dāng)輸出連接在輸入端子上時,運算放大器將產(chǎn)生與另一個輸入端子上提供的電壓相同的電壓。因此,如果在輸入端提供 5V,當(dāng)放大器輸出連接到負(fù)端子時,它將產(chǎn)生5V,最終證明規(guī)則5V– 5V=0。這適用于放大器的所有負(fù)反饋操作。
    3.設(shè)計壓控電流源
    如圖3所示,現(xiàn)在不是直接連接到負(fù)輸入的運算放大器的輸出,負(fù)反饋來自連接在N 溝道MOSFET兩端的分流電阻器。運算放大器輸出連接在Mosfet 門上。讓我們假設(shè),在運算放大器的正輸入端提供1V輸入。運算放大器將不惜一切代價使負(fù)反饋路徑為1V。輸出將打開MOSFET以在負(fù)端子上獲得1V。分流電阻的規(guī)則是根據(jù)歐姆定律產(chǎn)生壓降,V= IR。因此,如果1A 電流流過1 歐姆電阻,則會產(chǎn)生 1V壓降。
    運算放大器
    圖3 負(fù)反饋電路
    運算放大器將使用此壓降并獲得所需的1V 反饋。現(xiàn)在,如果連接一個需要電流控制才能運行的負(fù)載,可以使用該電路并將負(fù)載放置在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/div>
    運算放大器
    圖4 電流控制的負(fù)載電路
    圖5是運算放大器電壓控制電流源的詳細(xì)電路圖。
    運算放大器
    圖5 電壓控制電流源設(shè)計電路圖
    4.構(gòu)建電路
    為了構(gòu)建這個電路,需要一個運算放大器。LM358是一款非常便宜、容易找到的運算放大器,它是這個項目的完美選擇,然而,它在一個封裝中有兩個運算放大器通道,但只需要一個。圖6是LM358引腳圖。
    運算放大器
    圖6 LM358引腳圖
    接下來,需要一個N 溝道MOSFET,因為使用了這個IRF540N,其他MOSFET也可以使用,但請確保MOSFET 封裝可以選擇連接額外的散熱器(如果需要),并且需要仔細(xì)考慮選擇合適的規(guī)格的MOSFET 根據(jù)需要。IRF540N 引腳排列如圖7所示。
    運算放大器
    圖7 IRF540N引腳排列圖
    第三個要求是分流電阻。本文選裝1ohms 2watt 電阻器。另外兩個電阻器是必需的,一個用于MOSFET的柵極電阻,而另一個是所述反饋電阻。這兩個是減少負(fù)載效應(yīng)所必需的。然而,這兩個電阻之間的壓降可以忽略不計。
    現(xiàn)在,需要一個電源,它是一個臺式電源。工作臺電源有兩個可用通道。其中一個,第一個通道用于為電路提供電源,另一個是第二個通道,用于提供可變電壓以控制電路的源電流。由于控制電壓是由外部源施加的,因此兩個通道需要處于相同的電位,因此第二通道的接地端連接在第一通道接地端的兩端。
    但是,可以使用任何類型的電位器從可變分壓器中提供此控制電壓。在這種情況下,單個電源就足夠了。因此,制作壓控可變電流源需要以下元件:
    運算放大器 (LM358)
    MOSFET (IRF540N)
    分流電阻器(1 歐姆)
    1k電阻
    10k電阻
    電源(12V)
    供電單元
    面包板和額外的連接線
    5.壓控電流源工作
    該電路在面包板中構(gòu)建以進行測試,如圖8所示。電路中未連接負(fù)載,使其接近理想的0歐姆(短路),用于測試電流控制操作。
    運算放大器
    圖8 電路在面包板測試
    輸入電壓從0.1V變?yōu)?.5V,電流變化反映在另一個通道中。如9圖所示,電流消耗為0.4V的輸入有效地成為第二個通道,以在9V輸出下消耗400mA的電流。該電路使用9V電源供電。
    運算放大器
    圖9 電流變化
    它根據(jù)輸入電壓進行響應(yīng)。例如,當(dāng)輸入電壓為0.4V時,運算放大器將響應(yīng)在其反饋引腳中具有相同的電壓0.4V。運算放大器的輸出打開并控制MOSFET,直到分流電阻上的壓降變?yōu)?.4V。在這種情況下應(yīng)用歐姆定律。如果通過電阻器的電流為400mA (4A),則電阻器只會產(chǎn)生0.4V的壓降。這是因為電壓 = 電流x電阻。因此,4V= 4Ax1歐姆。
    如果像原理圖中描述的那樣串聯(lián)一個負(fù)載(電阻負(fù)載),在電源的正極端子和MOSFET的漏極引腳之間,運算放大器將打開MOSFET 和通過產(chǎn)生與以前相同的壓降,相同量的電流將流過負(fù)載和電阻器。因此,可以說流經(jīng)負(fù)載的電流(源電流)等于流經(jīng) MOSFET 的電流,也等于流經(jīng)分流電阻器的電流。把它放在一個數(shù)學(xué)形式,得到:
    負(fù)載的電流=電壓降/分流電阻。
    如上所述,壓降將與運算放大器兩端的輸入電壓相同。因此,如果輸入電壓發(fā)生變化,通過負(fù)載的電流源也會發(fā)生變化。因此,
    提供給負(fù)載的電流= 輸入電壓/分流電阻。
    總結(jié)
    以上基于運算放大器的壓控電流源電路設(shè)計介紹了。本設(shè)計還需改進:①電阻瓦數(shù)的增加可以改善分流電阻兩端的散熱。要選擇分流電阻器的瓦數(shù),可以使用Rw = I2R,其中Rw是電阻器瓦數(shù),I是最大源電流,R是分流電阻器的值;②與LM358 一樣,許多運算放大器IC在單個封裝中具有兩個運算放大器。如果輸入電壓過低,可以根據(jù)需要使用第二個未使用的運放對輸入電壓進行放大。③為了改善熱和效率問題,可以使用低導(dǎo)通電阻 MOSFET 和適當(dāng)?shù)纳崞鳌?br />
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