用運算放大器設計一個簡單的恒流吸收電路

電流源和電流匯是電子設計中使用的兩個主要術語，這兩個術語決定了有多少電流可以離開或進入終端。例如，典型8051單片機數(shù)字輸出引腳的吸收電流和源電流分別為1.6mA和60uA。這意味著引腳在高電平時可以提供(源)高達60uA，在低電平時可以接收(接收器)高達1.6mA。在我們的電路設計過程中，我們有時必須建立我們自己的電流源和電流吸收電路。在上一篇教程中，我們使用普通運算放大器和MOSFET構建了一個電壓控制的電流源電路，可用于向負載提供電流，但在某些情況下，我們需要電流吸收選項而不是源電流。

因此，在本教程中，我們將學習如何構建一個電壓控制的恒流吸收電路。電壓控制恒流吸收電路，顧名思義是根據(jù)施加的電壓來控制通過它的電流。在進一步進行電路構造之前，讓我們先了解恒流吸收電路。

什么是恒流吸收電路?

只要輸入電壓不變，恒流吸收電路實際上不管負載電阻如何都能吸收電流。對于電阻為1歐姆，輸入電壓為1V的電路，根據(jù)歐姆定律恒流為1A。但是，如果歐姆定律決定了有多少電流流過電路，那么為什么我們需要恒流源和恒流吸收電路呢?

從上圖可以看出，電流源電路提供電流來驅(qū)動負載。電流負載接收的量將由電流源電路決定，因為它充當電源。同樣，電流吸收電路的作用類似于接地，負載接收的電流量將由電流吸收電路控制。主要區(qū)別在于源電路必須向負載提供足夠的電流，而匯聚電路必須限制通過電路的電流。

使用運算放大器的電壓控制電流吸收

壓控恒流吸收電路的工作原理與我們之前構建的壓控電流源電路完全相同。

對于電流匯聚電路，運算放大器的連接被改變，即負輸入被連接到一個分流電阻。這將為運算放大器提供必要的負反饋。然后我們有一個PNP晶體管，它連接在運放輸出端，這樣運放輸出引腳就可以驅(qū)動PNP晶體管?，F(xiàn)在，請始終記住，運算放大器將嘗試使兩個輸入端的電壓(正極和負極)相等。

我們假設，在運放的正輸入端有1V的輸入。運算放大器現(xiàn)在將嘗試使另一個負輸入也為1V。但如何做到這一點呢?運算放大器的輸出將以一種方式打開晶體管，使另一個輸入將從我們的v電源獲得1V。

分流電阻將產(chǎn)生一個下降電壓，根據(jù)歐姆定律，V= IR。因此，流過晶體管的1A電流將產(chǎn)生1V的降電壓。PNP晶體管將吸收這1A的電流，運算放大器將使用這個壓降并獲得所需的1V反饋。這樣，改變輸入電壓將控制基極以及通過分流電阻的電流?，F(xiàn)在，讓我們把需要控制的負載引入電路。

正如您所看到的，我們已經(jīng)使用運算放大器設計出了電壓控制的電流吸收電路。但是為了實際演示，我們不使用RPS為Vin提供可變電壓，而是使用電位器。我們已經(jīng)知道，下面所示的電位器作為電位分壓器工作，提供0V到Vsupply(+)之間的可變電壓。

現(xiàn)在，讓我們構建電路并檢查它是如何工作的。

構建

與前一教程相同，我們將使用LM358，因為它非常便宜，易于找到并且廣泛可用。然而，它在一個封裝中有兩個運放通道，但我們只需要一個。我們以前已經(jīng)構建了許多基于LM358的電路，您也可以查看它們。下圖是LM358引腳圖的概述。

接下來，我們需要一個PNP晶體管，BD140用于此目的。其他晶體管也可以工作，但散熱是個問題。因此，晶體管封裝需要有一個連接額外散熱器的選項。BD140引腳如下圖所示

另一個主要部件是分流電阻。讓我們在這個項目中堅持使用47歐姆的2瓦電阻。下面的列表詳細描述了所需的組件。

?運算放大器LM358)

?PNP晶體管(BD140)

?分流電阻(47歐姆)

?1 k電阻

?10 k電阻

?電源(12V)

?50 k電位器

?面包板和額外的連接線

電壓控制電流吸收電路工作

電路是在一個簡單的面包板中構建的，用于測試目的，如下圖所示。為了測試恒流設備，使用不同的電阻作為電阻負載。

輸入電壓通過電位器改變，電流的變化反映在負載上。如下圖所示，負載的電流為0.16A。您也可以在本頁底部鏈接的視頻中查看詳細工作。但是，電路內(nèi)部到底發(fā)生了什么?

如前所述，在8V輸入期間，運算放大器將使其反饋引腳中的8V電壓降在分流電阻上。運算放大器的輸出將打開晶體管，直到并聯(lián)電阻產(chǎn)生8V的下降。

根據(jù)歐姆定律，當電流為170mA (0.17 a)時，電阻器只會產(chǎn)生8V的下降。這是因為電壓=電流x電阻。因此，8V = 0.17 a × 47歐姆。在這種情況下，如圖所示串聯(lián)的連接的電阻性負載也將有助于電流的流動。運算放大器將打開晶體管，并且與分流電阻相同的電流將沉入地。

現(xiàn)在，如果電壓是固定的，無論連接的是什么電阻性負載，電流都是相同的，否則，運放兩端的電壓將不等于輸入電壓。

因此，我們可以說，通過負載的電流(電流下沉)等于通過晶體管的電流，也等于通過分流電阻的電流。所以，通過重新排列上面的方程，

如前所述，電壓降將與運放兩端的輸入電壓相同。因此,

如果輸入電壓改變，通過負載的電流匯聚也會改變。

改進設計

1,。如果散熱較高，請增大并聯(lián)電阻的功率。選擇分流電阻的瓦數(shù)可以用Rw = I2R，其中Rw為電阻的瓦數(shù)，I為最大電流，R為分流電阻的值。

2.LM358在單個封裝中有兩個運算放大器。除此之外，許多運放ic在一個封裝中有兩個運放。如果輸入電壓過低，可以使用第二運放根據(jù)需要放大輸入電壓。

本文編譯自circuitdigest