用運(yùn)算放大器設(shè)計一個簡單的恒流吸收電路

電流源和電流匯是電子設(shè)計中使用的兩個主要術(shù)語，這兩個術(shù)語決定了有多少電流可以離開或進(jìn)入終端。例如，典型8051單片機(jī)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(dá)60uA，在低電平時可以接收(接收器)高達(dá)1.6mA。在我們的電路設(shè)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(yùn)算放大器和MOSFET構(gòu)建了一個電壓控制的電流源電路，可用于向負(fù)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(xué)習(xí)如何構(gòu)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(jìn)一步進(jìn)行電路構(gòu)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(fù)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(fù)載。電流負(fù)載接收的量將由電流源電路決定，因為它充當(dāng)電源。同樣，電流吸收電路的作用類似于接地，負(fù)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(fù)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(yùn)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(gòu)建的壓控電流源電路完全相同。

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

我們假設(shè)，在運(yùn)放的正輸入端有1V的輸入。運(yùn)算放大器現(xiàn)在將嘗試使另一個負(fù)輸入也為1V。但如何做到這一點(diǎn)呢?運(yùn)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(yùn)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。現(xiàn)在，讓我們把需要控制的負(fù)載引入電路。

正如您所看到的，我們已經(jīng)使用運(yùn)算放大器設(shè)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(gòu)建電路并檢查它是如何工作的。

構(gòu)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(yùn)放通道，但我們只需要一個。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(xì)描述了所需的組件。

?運(yùn)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(gòu)建的，用于測試目的，如下圖所示。為了測試恒流設(shè)備，使用不同的電阻作為電阻負(fù)載。

輸入電壓通過電位器改變，電流的變化反映在負(fù)載上。如下圖所示，負(fù)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(xì)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(yùn)算放大器將使其反饋引腳中的8V電壓降在分流電阻上。運(yùn)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(dāng)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(fù)載也將有助于電流的流動。運(yùn)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(fù)載，電流都是相同的，否則，運(yùn)放兩端的電壓將不等于輸入電壓。

因此，我們可以說，通過負(fù)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(yùn)放兩端的輸入電壓相同。因此,

如果輸入電壓改變，通過負(fù)載的電流匯聚也會改變。

改進(jìn)設(shè)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(yùn)算放大器。除此之外，許多運(yùn)放ic在一個封裝中有兩個運(yùn)放。如果輸入電壓過低，可以使用第二運(yùn)放根據(jù)需要放大輸入電壓。

本文編譯自circuitdigest