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載的電流。這種類型的電路通常用于電子驅(qū)動電流控制器件，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)動電流控制設(shè)備。
在這個項目中，我們將解釋如何設(shè)計一個使用運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。該電路非常簡單，可以用最少數(shù)量的元件構(gòu)成。
運算放大器基礎(chǔ)
要了解這個電路的工作原理，就必須知道運算放大器是如何工作的。
上圖是一個運算放大器。放大器放大信號，但除了放大信號，它還可以進行數(shù)學運算。運算放大器或運算放大器是模擬電子學的支柱，用于許多應用，如求和放大器，差分放大器，儀表放大器，運算放大器積分器等。
如果我們仔細觀察上面的圖像，就會發(fā)現(xiàn)有兩個輸入和一個輸出。這兩個輸入有正號和負號。正輸入稱為非反相輸入，負輸入稱為反相輸入。
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。輸出連接在負端，使其成為一個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，運算放大器使兩個輸入的微分為0。由于輸出端與輸入端相連，運算放大器將產(chǎn)生與另一個輸入端相同的電壓。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反饋操作中。
電壓控制電流源的設(shè)計
按照同樣的規(guī)則，讓我們看看下面的電路。
現(xiàn)在，運算放大器的輸出不是直接連接到負輸入，而是通過N溝道MOSFET連接的分流電阻產(chǎn)生負反饋。運算放大器輸出通過Mosfet柵極連接。
我們假設(shè)，在運放的正輸入端有1V的輸入。運算放大器將不惜任何代價使負反饋路徑為1V。輸出將打開MOSFET以在負端獲得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。
運算放大器將使用這個降電壓并獲得所需的1V反饋?，F(xiàn)在，如果我們連接一個需要電流控制的負載，我們可以使用這個電路并將負載放置在適當?shù)奈恢谩?
運放電壓控制電流源的詳細電路圖見下圖
構(gòu)建
為了構(gòu)造這個電路，我們需要一個運算放大器。LM358是一個非常便宜，容易找到的運算放大器，它是這個項目的完美選擇，但是，它在一個封裝中有兩個運算放大器通道，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N溝道MOSFET，對于使用IRF540N，其他MOSFET也可以工作，但請確保MOSFET封裝在需要時可以選擇連接額外的散熱器，并且需要仔細考慮根據(jù)需要選擇適當?shù)腗OSFET規(guī)格。IRF540N引腳如下圖所示
第三個要求是并聯(lián)電阻。我們用10歐姆2瓦的電阻。另外需要兩個電阻，一個用于MOSFET柵極電阻，另一個是反饋電阻。這兩個是減少載荷效應所必需的。然而，這兩個電阻之間的下降是可以忽略不計的。
現(xiàn)在，我們需要一個電源，它是一個工作臺電源。臺架電源有兩個通道。其中一個，第一通道用于為電路提供電源，另一個是第二通道，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，兩個通道需要處于相同的電位，因此第二個通道的接地端子穿過第一通道的接地端子連接。
然而，這個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，用于測試，如下圖所示。負載不連接在電路中，使其接近理想的0歐姆(短路)，用于測試電流控制操作。
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。
您還可以查看本頁底部的視頻以了解詳細工作。它的響應取決于輸入電壓。例如，當輸入電壓為0.4 v時，運算放大器將響應其反饋引腳具有相同的0.4 v電壓。運算放大器的輸出導通并控制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。這是因為電壓=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)一個負載(電阻負載)，在電源的正極和MOSFET的漏極引腳之間，運算放大器將打開MOSFET，并且通過產(chǎn)生與以前相同的壓降，相同數(shù)量的電流將流過負載和電阻。
因此，我們可以說通過負載的電流(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)學形式，我們得到，
如前所述，電壓降將與運放兩端的輸入電壓相同。因此，如果輸入電壓發(fā)生變化，通過負載的電流源也會發(fā)生變化。因此,
改進設(shè)計
1.電阻瓦數(shù)的增加可以改善并聯(lián)電阻間的散熱。選擇分流電阻的瓦數(shù)可以用Rw = I2R，其中Rw為電阻瓦數(shù)，I為最大源電流，R為分流電阻的值。
2.與LM358一樣，許多運放ic在單個封裝中具有兩個運放。如果輸入電壓過低，第二個未使用的運算放大器可以根據(jù)需要放大輸入電壓。
3.為了改善熱和效率問題，低導通電阻mosfet可以與適當?shù)纳崞饕黄鹗褂谩?
本文編譯自circuitdigest
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