Progettare un semplice circuito dissipatore di corrente costante utilizzando op

Current Source e Current sink sono due termini principali utilizzati nella progettazione dell'elettronica, questi due termini determinano la quantità di corrente che può lasciare o entrare in un terminale. Ad esempio, la corrente sink e source di un tipico pin di uscita digitale del microcontrollore 8051 è rispettivamente di 1,6 mA e 60 uA. Significa che il pin può fornire (sorgente) fino a 60uA se impostato su alto e può ricevere (abbassare) fino a 1,6 mA se impostato su basso. Durante la progettazione del nostro circuito, a volte dobbiamo costruire la nostra sorgente di corrente e circuiti di assorbimento di corrente. Nel tutorial precedente, abbiamo costruito un circuito sorgente di corrente controllato in tensione utilizzando un amplificatore operazionale e un MOSFET comuni che possono essere utilizzati per fornire corrente a un carico, ma in alcuni casi invece della corrente di origine, avremo bisogno di un'opzione di assorbimento di corrente.

Quindi, in questo tutorial, impareremo come costruire un circuito di assorbimento di corrente costante controllato in tensione. Un circuito dissipatore di corrente costante controllato dalla tensione, come suggerisce il nome, controlla la quantità di corrente assorbita attraverso di esso in base alla tensione applicata. Prima di procedere ulteriormente con la costruzione del circuito, comprendiamo il circuito di assorbimento di corrente costante.

Cos'è un circuito sink a corrente costante?

Un circuito dissipatore di corrente costante assorbe effettivamente corrente indipendentemente dalla resistenza di carico fintanto che la tensione di ingresso non viene modificata. Per un circuito con resistenza da 1 ohm, alimentato tramite ingresso 1V, la corrente costante è 1A secondo la legge di Ohms. Ma, se la legge di Ohm decide quanta corrente scorre attraverso un circuito, allora perché abbiamo bisogno di una sorgente di corrente costante e di un circuito di assorbimento di corrente?

Come puoi vedere dall'immagine sopra, un circuito sorgente di corrente fornisce corrente per guidare il carico. La quantità di corrente ricevuta dal carico sarà decisa dal circuito sorgente di corrente poiché funge da alimentatore. Allo stesso modo, il circuito dissipatore di corrente si comporta come una massa, ancora una volta la quantità di corrente che il carico riceve sarà controllata dal circuito dissipatore di corrente. La differenza principale è che il circuito sorgente ha alla sorgente (alimentazione) corrente sufficiente per il carico, mentre il circuito sink deve limitare solo la corrente attraverso il circuito.

Dissipatore di corrente controllato in tensione utilizzando Op-Amp

Il circuito dissipatore di corrente costante controllato dalla tensione funziona esattamente allo stesso modo del circuito sorgente di corrente controllato dalla tensione che abbiamo costruito in precedenza.

Per un circuito dissipatore di corrente, la connessione dell'amplificatore operazionale viene modificata, ovvero l'ingresso negativo è collegato a un resistore di shunt. Ciò fornirà il feedback negativo necessario all'amplificatore operazionale. Quindi abbiamo un transistor PNP, che è collegato attraverso l'uscita dell'amplificatore operazionale in modo che il pin di uscita dell'amplificatore operazionale possa pilotare il transistor PNP. Ora, ricorda sempre che un amplificatore operazionale cercherà di rendere uguale la tensione su entrambi gli ingressi (positivo e negativo).

Supponiamo che l'ingresso 1V sia fornito attraverso l'ingresso positivo dell'amplificatore operazionale. L'amplificatore operazionale ora proverà a rendere anche l'altro ingresso negativo come 1V. Ma come si può fare? L'uscita dell'amplificatore operazionale accenderà il transistor in modo tale che l'altro ingresso riceverà 1 V dalla nostra Vsupply.

Il resistore di shunt produrrà una caduta di tensione secondo la legge di Ohms, V = IR. Pertanto, 1A di flusso di corrente attraverso il transistor creerà una caduta di tensione di 1V. Il transistor PNP assorbirà questo 1A di corrente e l'amplificatore operazionale utilizzerà questa caduta di tensione e otterrà il feedback 1V desiderato. In questo modo, la modifica della tensione di ingresso controllerà la base e la corrente attraverso il resistore di shunt. Ora, introduciamo il carico che deve essere controllato nel nostro circuito.

Come puoi vedere, abbiamo già progettato circuiti di assorbimento di corrente controllati in tensione utilizzando Op-Amp. Ma per dimostrazione pratica, invece di usare un RPS per fornire una tensione variabile a Vin, usiamo un potenziometro. Sappiamo già che il potenziometro mostrato di seguito funziona come un potenziale divisore per fornire una tensione variabile tra 0V e Vsupply (+).

Ora costruiamo il circuito e controlliamo come funziona.

Costruzione

Come il tutorial precedente, useremo LM358 poiché è molto economico, facile da trovare e ampiamente disponibile. Tuttavia, ha due canali op-amp in un unico pacchetto, ma ne abbiamo bisogno solo uno. Abbiamo già costruito molti circuiti basati su LM358, puoi anche verificarli. L'immagine sotto è una panoramica del diagramma dei pin LM358.

Successivamente, abbiamo bisogno di un transistor PNP, BD140 viene utilizzato per questo scopo. Anche altri transistor funzioneranno, ma la dissipazione del calore è un problema. Pertanto, il pacchetto Transistor deve avere un'opzione per collegare un dissipatore di calore aggiuntivo. La piedinatura BD140 è mostrata nell'immagine sottostante -

Un altro componente importante è il resistore di shunt. Atteniamoci alla resistenza da 47 ohm da 2 watt per questo progetto. I componenti richiesti in dettaglio sono descritti nell'elenco seguente.

1. Amplificatore operazionale (LM358)
2. Transistor PNP (BD140)
3. Resistore shunt (47 Ohm)
4. Resistenza da 1k
5. Resistenza da 10k
6. Alimentazione (12V)
7. Potenziometro 50k
8. Bread Board e cavi di collegamento aggiuntivi

Circuito di dissipazione di corrente controllato in tensione in funzione

Il circuito è costruito in una semplice breadboard a scopo di test, come puoi vedere nell'immagine sottostante. Per testare l'impianto a corrente costante, vengono utilizzati diversi resistori come carico resistivo.

La tensione di ingresso viene modificata utilizzando il potenziometro e le variazioni di corrente si riflettono nel carico. Come si vede nell'immagine sottostante, la corrente di 0,16 A viene assorbita dal carico. Puoi anche controllare il funzionamento dettagliato nel video collegato in fondo a questa pagina. Ma cosa sta succedendo esattamente all'interno del circuito?

Come discusso in precedenza, durante l'ingresso 8V, l'amplificatore operazionale farà cadere la tensione attraverso il resistore di shunt per 8V nel suo pin di feedback. L'uscita dell'amplificatore operazionale accenderà il transistor fino a quando il resistore di shunt non produrrà una caduta di 8V.

Secondo la legge di Ohm, il resistore produrrà una caduta di 8 V solo quando il flusso di corrente è 170 mA (0,17 A). Questo perché Tensione = corrente x resistenza. Pertanto, 8 V = 0,17 A x 47 ohm. In questo scenario, anche il carico resistivo collegato che è in serie come mostrato nello schema contribuirà al flusso di corrente. L'amplificatore operazionale accenderà il transistor e la stessa quantità di corrente sarà affondata a terra come il resistore di shunt.

Ora, se la tensione è fissa, qualunque sia il carico resistivo collegato, il flusso di corrente sarà lo stesso, altrimenti la tensione attraverso l'amplificatore operazionale non sarà la stessa della tensione di ingresso.

Quindi, possiamo dire che la corrente attraverso il carico (la corrente è affondata) è uguale alla corrente attraverso il transistor che è anche uguale alla corrente attraverso il resistore di shunt. Quindi, riorganizzando l'equazione di cui sopra, Corrente assorbita dal carico = Caduta di tensione / Resistenza shunt.

Come discusso in precedenza, la caduta di tensione sarà la stessa della tensione di ingresso attraverso l'amplificatore operazionale. Perciò, Corrente assorbita dal carico = Tensione di ingresso / Resistenza shunt.

Se la tensione di ingresso viene modificata, cambierà anche la corrente assorbita attraverso il carico.

Miglioramenti del design

1. Se la dissipazione del calore è maggiore, aumentare la potenza del resistore shunt. Per selezionare il wattaggio del resistore di shunt, è possibile utilizzare R _w = I ² R, dove R _w è il wattaggio del resistore e I è il flusso di corrente massimo e R è il valore del resistore di shunt.
2. LM358 ha due amplificatori operazionali in un unico pacchetto. Oltre a questo, molti circuiti integrati operazionali hanno due amplificatori operazionali in un unico pacchetto. Se la tensione di ingresso è troppo bassa, è possibile utilizzare il secondo amplificatore operazionale per amplificare la tensione di ingresso come richiesto.