Rancang rangkaian sumber arus terkendali tegangan menggunakan op

Dalam rangkaian sumber arus yang dikontrol tegangan, seperti namanya, sejumlah kecil tegangan pada input akan secara proporsional mengontrol aliran arus melintasi beban keluaran. Jenis rangkaian ini biasanya digunakan dalam elektronik untuk menggerakkan perangkat yang dikendalikan arus seperti BJT, SCR, dll. Kita tahu bahwa dalam BJT, arus yang mengalir melalui basis transistor mengontrol seberapa banyak transistor ditutup, arus basis ini dapat disediakan oleh banyak jenis rangkaian, salah satu metodenya adalah dengan menggunakan rangkaian sumber arus yang dikendalikan tegangan ini. Anda juga dapat memeriksa rangkaian arus konstan yang juga dapat digunakan untuk menggerakkan perangkat yang dikontrol arus.

Dalam proyek ini, kami akan menjelaskan bagaimana sumber arus yang dikendalikan tegangan menggunakan op-amp dapat dirancang dan juga membangunnya untuk menunjukkan kerjanya. Jenis rangkaian sumber arus yang dikendalikan tegangan ini juga disebut servo arus. Rangkaian ini sangat sederhana dan dapat dibuat dengan jumlah komponen yang sedikit.

Dasar-dasar Op-Amp

Untuk memahami cara kerja rangkaian ini, penting untuk mengetahui cara kerja penguat operasional.

Gambar di atas adalah penguat operasional tunggal. Penguat memperkuat sinyal, tetapi selain memperkuat sinyal, penguat juga dapat melakukan operasi matematika. O p-amp atau Penguat Operasional adalah tulang punggung Elektronik Analog dan digunakan dalam banyak aplikasi, seperti Penguat Penjumlah, penguat diferensial, Penguat Instrumentasi, Penguat Op-Amp, dll.

Jika kita perhatikan lebih dekat pada gambar di atas, ada dua input dan satu output. Kedua input tersebut memiliki tanda + dan -. Input positif disebut input noninverting dan input negatif disebut input inverting.

Aturan pertama penguat yang digunakan untuk bekerja adalah membuat perbedaan antara kedua input ini selalu nol. Untuk pemahaman yang lebih baik mari kita lihat gambar di bawah ini -

Rangkaian amplifier diatas merupakan rangkaian voltage follower. Output terhubung ke terminal negatif menjadikannya penguat 1x gain. Oleh karena itu, tegangan yang diberikan melintasi input tersedia di seluruh output.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, penguat operasional membuat diferensiasi dari kedua input 0. Saat output dihubungkan ke terminal input, op-amp akan menghasilkan tegangan yang sama yang diberikan melalui terminal input lainnya. Jadi, jika 5V diberikan melintasi input, karena output penguat dihubungkan pada terminal negatif akan menghasilkan 5V yang pada akhirnya membuktikan aturan 5V - 5V = 0. Ini terjadi untuk semua operasi umpan balik negatif dari penguat.

Merancang Sumber Arus Terkendali Tegangan

Dengan aturan yang sama, mari kita lihat rangkaian di bawah ini.

Sekarang alih-alih output op-amp yang terhubung ke input negatif secara langsung, umpan balik negatif berasal dari resistor shunt yang terhubung melintasi saluran N MOSFET. Output op-amp dihubungkan melintasi gerbang MOSFET.

Anggaplah, masukan 1V diberikan melintasi masukan positif op-amp. Op-amp akan membuat jalur umpan balik negatif menjadi 1V dengan biaya berapa pun. Output akan menyalakan MOSFET untuk mendapatkan 1V melintasi terminal negatif. Aturan resistor shunt adalah menghasilkan tegangan jatuh sesuai hukum Ohm, V = IR. Oleh karena itu, tegangan drop 1V akan dihasilkan jika arus 1A mengalir melalui resistor 1 Ohm.

Op-amp akan menggunakan tegangan jatuh ini dan mendapatkan umpan balik 1V yang diinginkan. Sekarang, jika kita menghubungkan beban yang memerlukan kontrol arus untuk pengoperasiannya, kita dapat menggunakan rangkaian ini dan menempatkan beban di lokasi yang sesuai.

Diagram rangkaian rinci untuk sumber arus terkontrol Tegangan Op-Amp dapat ditemukan pada gambar di bawah ini -

Konstruksi

Untuk membangun sirkuit ini, kita membutuhkan sebuah op-amp. LM358 adalah op-amp yang sangat murah dan mudah ditemukan, dan merupakan pilihan yang tepat untuk proyek ini, namun memiliki dua saluran op-amp dalam satu paket, tetapi kami hanya memerlukan satu. Kami sebelumnya telah membangun banyak sirkuit berbasis LM358, Anda juga dapat memeriksanya. Gambar di bawah ini adalah gambaran dari diagram pin LM358.

Selanjutnya, kita memerlukan MOSFET N Channel, untuk IRF540N ini digunakan, MOSFET lain juga akan berfungsi, tetapi pastikan bahwa paket MOSFET memiliki opsi untuk menghubungkan heat sink tambahan jika diperlukan dan pertimbangan yang cermat diperlukan untuk memilih spesifikasi yang sesuai dari MOSFET sesuai kebutuhan. Pinout IRF540N ditunjukkan pada gambar di bawah ini -

Persyaratan ketiga adalah resistor shunt. Mari kita tetap menggunakan resistor 1ohms 2watt. Diperlukan dua resistor tambahan, satu untuk resistor gerbang MOSFET dan yang lainnya adalah resistor umpan balik. Keduanya diperlukan untuk mengurangi efek pemuatan. Namun, penurunan antara kedua resistor ini dapat diabaikan.

Sekarang, kita membutuhkan sumber listrik, itu adalah catu daya bangku. Ada dua saluran yang tersedia di catu daya bangku. Salah satunya, saluran pertama digunakan untuk memberikan daya ke Rangkaian dan saluran lainnya yang merupakan saluran kedua digunakan untuk menyediakan tegangan variabel untuk mengontrol arus sumber rangkaian. Karena tegangan kontrol diterapkan dari sumber eksternal, kedua saluran harus berada dalam potensi yang sama, sehingga terminal arde saluran kedua dihubungkan melintasi terminal arde saluran pertama.

Namun, tegangan kontrol ini dapat diberikan dari pembagi tegangan variabel menggunakan segala jenis potensiometer. Dalam kasus seperti itu, satu catu daya sudah cukup. Oleh karena itu, komponen berikut diperlukan untuk membuat sumber arus variabel yang dikontrol tegangan -

Op-amp (LM358)
MOSFET (IRF540N)
Resistor Shunt (1 Ohm)
Resistor 1k
Resistor 10k
Catu daya (12V)
Unit catu daya
Papan Roti dan kabel penghubung tambahan

Sumber Arus Terkendali Tegangan Bekerja

Sirkuit ini dibangun di papan tempat memotong roti untuk tujuan pengujian seperti yang Anda lihat pada gambar di bawah ini. Beban tidak terhubung ke sirkuit untuk membuatnya mendekati ideal 0 Ohm (korsleting) untuk menguji operasi kontrol saat ini.

Tegangan input diubah dari 0,1V menjadi 0,5V dan perubahan arus direfleksikan di saluran lain. Seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini, input 0.4V dengan 0 penarikan arus secara efektif dijadikan saluran kedua untuk menarik arus 400mA pada output 9V. Sirkuit ini didukung dengan catu daya 9V.

Anda juga dapat memeriksa video di bagian bawah halaman ini untuk pekerjaan mendetail. Ini merespons tergantung pada tegangan input. Misalnya ketika tegangan input adalah 0,4V maka op-amp akan merespon memiliki tegangan yang sama 0,4V pada pin umpan baliknya. Output dari op-amp menyalakan dan mengontrol MOSFET sampai tegangan turun pada resistor shunt menjadi 0,4V.

Hukum Ohm diterapkan dalam skenario ini. Resistor hanya akan menghasilkan penurunan.4V jika arus yang melalui resistor akan 400mA (.4A). Ini karena Tegangan = arus x hambatan. Oleh karena itu,.4V =.4A x 1 Ohm.

Pada skenario ini, jika kita menghubungkan beban (beban resistif) secara seri sama seperti yang dijelaskan dalam skema, di antara terminal positif catu daya dan pin Drain MOSFET, op-amp akan menyalakan MOSFET dan Jumlah arus yang sama akan mengalir melalui beban dan resistor dengan menghasilkan penurunan tegangan yang sama seperti sebelumnya.

Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa arus yang melalui beban (arus bersumber) sama dengan arus yang melalui MOSFET yang juga sama dengan arus yang melalui resistor shunt. Menempatkannya dalam bentuk matematika yang kita dapatkan, Arus yang bersumber dari beban = Penurunan tegangan / Resistensi Shunt.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, penurunan tegangan akan sama dengan tegangan input di Op-amp. Oleh karena itu, jika tegangan input diubah, sumber arus yang melalui beban juga akan berubah. Karenanya, Arus yang bersumber dari beban = Tegangan input / Resistansi Shunt.

Perbaikan Desain

Peningkatan watt resistor dapat meningkatkan pembuangan panas pada resistor shunt. Untuk memilih watt resistor shunt, R _w = I ² R dapat digunakan, dimana R _w adalah watt resistor dan I adalah arus sumber maksimum, dan R adalah nilai resistor shunt.
Sama seperti LM358, banyak IC op-amp yang memiliki dua op-amp dalam satu paket. Jika tegangan input terlalu rendah, op-amp kedua yang tidak digunakan dapat digunakan untuk memperkuat tegangan input sesuai kebutuhan.
Untuk peningkatan masalah termal dan efisiensi, MOSFET dengan resistansi rendah dapat digunakan bersama dengan heat sink yang tepat.