Diseñe un circuito sumidero de corriente constante simple usando op

Fuente de corriente y sumidero de corriente son dos términos principales que se utilizan en el diseño de electrónica, estos dos términos dictan cuánta corriente puede salir o entrar en un terminal. Por ejemplo, el disipador y la fuente de corriente de un pin de salida digital típico del microcontrolador 8051 es de 1,6 mA y 60uA respectivamente. Lo que significa que el pin puede entregar (fuente) hasta 60uA cuando se hace alto y puede recibir (hundir) hasta 1.6mA cuando se hace bajo. Durante el diseño de nuestro circuito, a veces tenemos que construir nuestra propia fuente de corriente y circuitos de sumidero de corriente. En el tutorial anterior, construimos un circuito de fuente de corriente controlado por voltaje utilizando un amplificador operacional común y un MOSFET que se puede usar para suministrar corriente a una carga, pero en algunos casos, en lugar de la corriente de origen, necesitaremos una opción de sumidero de corriente.

Por lo tanto, en este tutorial, aprenderemos cómo construir un circuito disipador de corriente constante controlado por voltaje. Un circuito de sumidero de corriente constante controlado por voltaje, como su nombre indica, controla la cantidad de corriente absorbida a través de él en función del voltaje aplicado. Antes de continuar con la construcción del circuito, comprendamos sobre el circuito sumidero de corriente constante.

¿Qué es un circuito sumidero de corriente constante?

Un circuito de sumidero de corriente constante realmente absorbe corriente independientemente de la resistencia de carga siempre que no se cambie el voltaje de entrada. Para un circuito con una resistencia de 1 ohmio, alimentado con una entrada de 1 V, la corriente constante es de 1 A según la ley de Ohm. Pero, si la ley de Ohm decide cuánta corriente fluye a través de un circuito, entonces ¿por qué necesitamos una fuente de corriente constante y un circuito de sumidero de corriente?

Como puede ver en la imagen de arriba, un circuito de fuente de corriente proporciona corriente para impulsar la carga. La cantidad de carga de corriente que recibe la decidirá el circuito de fuente de corriente, ya que actúa como fuente de alimentación. De manera similar, el circuito de sumidero de corriente actúa como una tierra; nuevamente, la cantidad de corriente que recibe la carga será controlada por el circuito de sumidero de corriente. La principal diferencia es que el circuito fuente tiene a la fuente (suministro) suficiente corriente para la carga, mientras que el circuito disipador tiene que limitar la corriente a través del circuito.

Disipador de corriente controlado por voltaje usando Op-Amp

El circuito de sumidero de corriente constante controlado por voltaje funciona exactamente de la misma manera que el circuito de fuente de corriente controlado por voltaje que construimos anteriormente.

Para un circuito de sumidero de corriente, la conexión del amplificador operacional se cambia, es decir, la entrada negativa está conectada a una resistencia de derivación. Esto proporcionará la retroalimentación negativa necesaria al amplificador operacional. Luego, tenemos un transistor PNP, que está conectado a través de la salida del amplificador operacional para que el pin de salida del amplificador operacional pueda conducir el transistor PNP. Ahora, recuerde siempre que un amplificador operacional intentará igualar el voltaje en ambas entradas (positiva y negativa).

Supongamos que se proporciona una entrada de 1 V a través de la entrada positiva del amplificador operacional. El amplificador operacional ahora intentará hacer que la otra entrada negativa también sea de 1V. Pero, ¿cómo se puede hacer esto? La salida del amplificador operacional encenderá el transistor de manera que la otra entrada obtenga 1 V de nuestra fuente V.

La resistencia de derivación producirá una caída de voltaje según la ley de Ohm, V = IR. Por lo tanto, 1A de flujo de corriente a través del transistor creará una caída de voltaje de 1V. El transistor PNP hundirá este 1A de corriente y el amplificador operacional usará esta caída de voltaje y obtendrá la retroalimentación deseada de 1V. De esta manera, cambiar el voltaje de entrada controlará la Base así como la corriente a través de la resistencia de derivación. Ahora, introduzcamos la carga que debe controlarse en nuestro circuito.

Como puede ver, ya hemos diseñado circuitos de disipador de corriente controlados por voltaje utilizando Op-Amp. Pero para una demostración práctica, en lugar de usar un RPS para proporcionar voltaje variable a Vin, usemos un potenciómetro. Ya sabemos que el potenciómetro que se muestra a continuación funciona como un divisor de potencial para proporcionar un voltaje variable entre 0V y Vsupply (+).

Ahora, construyamos el circuito y veamos cómo funciona.

Construcción

Al igual que en el tutorial anterior, usaremos LM358 ya que es muy barato, fácil de encontrar y está ampliamente disponible. Sin embargo, tiene dos canales de amplificador operacional en un paquete, pero solo necesitamos uno. Anteriormente hemos construido muchos circuitos basados en LM358; también puede verificarlos. La siguiente imagen es una descripción general del diagrama de clavijas del LM358.

A continuación, necesitamos un transistor PNP, BD140 se utiliza para este propósito. Otros transistores también funcionarán, pero la disipación de calor es un problema. Por lo tanto, el paquete de transistores debe tener una opción para conectar un disipador de calor adicional. El pinout BD140 se muestra en la siguiente imagen:

Otro componente importante es la resistencia de derivación. Vamos a ceñirnos a la resistencia de 47 ohmios y 2 vatios para este proyecto. Los componentes necesarios detallados se describen en la siguiente lista.

Amplificador operacional (LM358)
Transistor PNP (BD140)
Resistencia de derivación (47 ohmios)
Resistencia de 1k
Resistencia de 10k
Fuente de alimentación (12V)
Potenciómetro 50k
Placa de pan y cables de conexión adicionales

Funcionamiento del circuito del disipador de corriente controlado por voltaje

El circuito está construido en una placa de pruebas simple con fines de prueba, como puede ver en la imagen de abajo. Para probar la instalación de corriente constante, se utilizan diferentes resistencias como carga resistiva.

El voltaje de entrada se cambia usando el potenciómetro y los cambios de corriente se reflejan en la carga. Como se ve en la imagen de abajo, la carga absorbe una corriente de 0.16A. También puede consultar el trabajo detallado en el video vinculado al final de esta página. Pero, ¿qué está pasando exactamente dentro del circuito?

Como se discutió anteriormente, durante la entrada de 8V, el amplificador operacional hará que el voltaje caiga a través de la resistencia de derivación para 8V en su pin de retroalimentación. La salida del amplificador operacional encenderá el transistor hasta que la resistencia de derivación produzca una caída de 8V.

Según la ley de Ohm, la resistencia solo producirá una caída de 8 V cuando el flujo de corriente sea de 170 mA (.17 A). Esto se debe a que Voltaje = corriente x resistencia. Por lo tanto, 8V =.17A x 47 ohmios. En este escenario, la carga resistiva conectada que está en serie como se muestra en el esquema también contribuirá al flujo de corriente. El amplificador operacional encenderá el transistor y la misma cantidad de corriente se hundirá en el suelo que la resistencia de derivación.

Ahora, si el voltaje es fijo, independientemente de la carga resistiva que esté conectada, el flujo de corriente será el mismo; de lo contrario, el voltaje a través del amplificador operacional no será el mismo que el voltaje de entrada.

Por lo tanto, podemos decir que la corriente a través de la carga (la corriente está hundida) es igual a la corriente a través del transistor que también es igual a la corriente a través de la resistencia de derivación. Entonces, reordenando la ecuación anterior, Disipador de corriente por la carga = Caída de voltaje / Resistencia de derivación.

Como se discutió anteriormente, la caída de voltaje será la misma que la tensión de entrada en el amplificador operacional. Por lo tanto, Disipador de corriente por la carga = Voltaje de entrada / Resistencia de derivación.

Si se cambia el voltaje de entrada, también cambiará el disipador de corriente a través de la carga.

Mejoras de diseño

Si la disipación de calor es mayor, aumente la potencia de la resistencia de derivación. Para seleccionar la potencia de la resistencia de derivación, se puede usar R _w = I ² R, donde R _w es la potencia de la resistencia e I es el flujo de corriente máximo y R es el valor de la resistencia de derivación.
LM358 tiene dos amplificadores operacionales en un solo paquete. Aparte de esto, muchos circuitos integrados de amplificadores operacionales tienen dos amplificadores operacionales en un solo paquete. Si el voltaje de entrada es demasiado bajo, se puede usar el segundo amplificador operacional para amplificar el voltaje de entrada según sea necesario.