利用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一種壓控電流源電路

時(shí)間：2024-12-09 20:53:14

關(guān)鍵字：運(yùn)算放大器壓控電流源電路晶體管

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[導(dǎo)讀]在電壓控制電流源電路中，顧名思義，輸入端的少量電壓將按比例控制輸出負(fù)載的電流。這種類型的電路通常用于電子驅(qū)動(dòng)電流控制器件，如BJT，可控硅等。我們知道，在BJT中，流過晶體管基極的電流控制著晶體管閉合的程度，這種基極電流可以由許多類型的電路提供，一種方法是使用這種電壓控制電流源電路。你也可以檢查恒流電路，它也可以用來驅(qū)動(dòng)電流控制設(shè)備。

在電壓控制電流源電路中，顧名思義，輸入端的少量電壓將按比例控制輸出負(fù)載的電流。這種類型的電路通常用于電子驅(qū)動(dòng)電流控制器件，如BJT，可控硅等。我們知道，在BJT中，流過晶體管基極的電流控制著晶體管閉合的程度，這種基極電流可以由許多類型的電路提供，一種方法是使用這種電壓控制電流源電路。你也可以檢查恒流電路，它也可以用來驅(qū)動(dòng)電流控制設(shè)備。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將解釋如何設(shè)計(jì)一個(gè)使用運(yùn)算放大器的電壓控制電流源，并構(gòu)建它來演示其工作原理。這種類型的電壓控制電流源電路也被稱為電流伺服。該電路非常簡(jiǎn)單，可以用最少數(shù)量的元件構(gòu)成。

運(yùn)算放大器基礎(chǔ)

要了解這個(gè)電路的工作原理，就必須知道運(yùn)算放大器是如何工作的。

上圖是一個(gè)運(yùn)算放大器。放大器放大信號(hào)，但除了放大信號(hào)，它還可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。運(yùn)算放大器或運(yùn)算放大器是模擬電子學(xué)的支柱，用于許多應(yīng)用，如求和放大器，差分放大器，儀表放大器，運(yùn)算放大器積分器等。

如果我們仔細(xì)觀察上面的圖像，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。這兩個(gè)輸入有正號(hào)和負(fù)號(hào)。正輸入稱為非反相輸入，負(fù)輸入稱為反相輸入。

放大器工作的第一條規(guī)則是使這兩個(gè)輸入之間的差始終為零。為了更好地理解，讓我們看看下面的圖片

上述放大電路是電壓跟隨器電路。輸出連接在負(fù)端，使其成為一個(gè)1x增益放大器。因此，輸入端給定的電壓在輸出端可用。

如前所述，運(yùn)算放大器使兩個(gè)輸入的微分為0。由于輸出端與輸入端相連，運(yùn)算放大器將產(chǎn)生與另一個(gè)輸入端相同的電壓。因此，如果在輸入端給出5V，由于放大器輸出連接在負(fù)端，它將產(chǎn)生5V，最終證明5V - 5V = 0規(guī)則。這發(fā)生在所有放大器的負(fù)反饋操作中。

電壓控制電流源的設(shè)計(jì)

按照同樣的規(guī)則，讓我們看看下面的電路。

現(xiàn)在，運(yùn)算放大器的輸出不是直接連接到負(fù)輸入，而是通過N溝道MOSFET連接的分流電阻產(chǎn)生負(fù)反饋。運(yùn)算放大器輸出通過Mosfet柵極連接。

我們假設(shè)，在運(yùn)放的正輸入端有1V的輸入。運(yùn)算放大器將不惜任何代價(jià)使負(fù)反饋路徑為1V。輸出將打開MOSFET以在負(fù)端獲得1V。并聯(lián)電阻器的規(guī)則是根據(jù)歐姆定律產(chǎn)生降電壓，V= IR。因此，如果1A的電流流過1歐姆電阻，將產(chǎn)生1V的降電壓。

運(yùn)算放大器將使用這個(gè)降電壓并獲得所需的1V反饋?，F(xiàn)在，如果我們連接一個(gè)需要電流控制的負(fù)載，我們可以使用這個(gè)電路并將負(fù)載放置在適當(dāng)?shù)奈恢谩?

運(yùn)放電壓控制電流源的詳細(xì)電路圖見下圖

構(gòu)建

為了構(gòu)造這個(gè)電路，我們需要一個(gè)運(yùn)算放大器。LM358是一個(gè)非常便宜，容易找到的運(yùn)算放大器，它是這個(gè)項(xiàng)目的完美選擇，但是，它在一個(gè)封裝中有兩個(gè)運(yùn)算放大器通道，但我們只需要一個(gè)。我們以前已經(jīng)構(gòu)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(gè)N溝道MOSFET，對(duì)于使用IRF540N，其他MOSFET也可以工作，但請(qǐng)確保MOSFET封裝在需要時(shí)可以選擇連接額外的散熱器，并且需要仔細(xì)考慮根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)腗OSFET規(guī)格。IRF540N引腳如下圖所示

第三個(gè)要求是并聯(lián)電阻。我們用10歐姆2瓦的電阻。另外需要兩個(gè)電阻，一個(gè)用于MOSFET柵極電阻，另一個(gè)是反饋電阻。這兩個(gè)是減少載荷效應(yīng)所必需的。然而，這兩個(gè)電阻之間的下降是可以忽略不計(jì)的。

現(xiàn)在，我們需要一個(gè)電源，它是一個(gè)工作臺(tái)電源。臺(tái)架電源有兩個(gè)通道。其中一個(gè)，第一通道用于為電路提供電源，另一個(gè)是第二通道，用于提供可變電壓來控制電路的源電流。由于控制電壓是從外部源施加的，兩個(gè)通道需要處于相同的電位，因此第二個(gè)通道的接地端子穿過第一通道的接地端子連接。

然而，這個(gè)控制電壓可以從使用任何類型的電位器的可變分壓器給出。在這種情況下，一個(gè)電源就足夠了。因此，需要下列元件來制造電壓控制的可變電流源

?運(yùn)算放大器LM358)

?MOSFET (IRF540N)

?分流電阻(1歐姆)

?1 k電阻

?10 k電阻

?電源(12V)

?電源單元

?面包板和額外的連接線

電壓控制電流源工作

電路是在面包板中構(gòu)造的，用于測(cè)試，如下圖所示。負(fù)載不連接在電路中，使其接近理想的0歐姆(短路)，用于測(cè)試電流控制操作。

輸入電壓從0.1V變?yōu)?.5V，電流的變化反映在另一個(gè)通道上。如下圖所示，0.4V輸入，0電流輸出，有效地使第二通道在9V輸出下吸取400mA電流。電路使用9V電源供電。

您還可以查看本頁(yè)底部的視頻以了解詳細(xì)工作。它的響應(yīng)取決于輸入電壓。例如，當(dāng)輸入電壓為0.4 v時(shí)，運(yùn)算放大器將響應(yīng)其反饋引腳具有相同的0.4 v電壓。運(yùn)算放大器的輸出導(dǎo)通并控制MOSFET，直到通過分流電阻的電壓降變?yōu)?.4 v。

歐姆定律適用于這種情況。如果通過電阻的電流為400mA (. 4a)，則電阻僅產(chǎn)生0.4 v降。這是因?yàn)殡妷?電流x電阻。因此，0.4 v = . 4a × 1歐姆。

在這種情況下，如果我們像原理圖中所描述的那樣串聯(lián)一個(gè)負(fù)載(電阻負(fù)載)，在電源的正極和MOSFET的漏極引腳之間，運(yùn)算放大器將打開MOSFET，并且通過產(chǎn)生與以前相同的壓降，相同數(shù)量的電流將流過負(fù)載和電阻。

因此，我們可以說通過負(fù)載的電流(電流是源的)等于通過MOSFET的電流，也等于通過分流電阻的電流。把它化成數(shù)學(xué)形式，我們得到，