Diseñe un circuito de fuente de corriente controlado por voltaje usando op

En un circuito de fuente de corriente controlado por voltaje, como su nombre lo indica, una pequeña cantidad de voltaje en la entrada controlará proporcionalmente el flujo de corriente a través de las cargas de salida. Este tipo de circuito se usa comúnmente en electrónica para impulsar dispositivos controlados por corriente como BJT, SCR, etc. Sabemos que en un BJT la corriente que fluye a través de la base del transistor controla cuánto transistor está cerrado, esta corriente base se puede proporcionar por muchos tipos de circuito, un método es utilizar este circuito fuente de corriente controlado por voltaje. También puede verificar el circuito de corriente constante que también se puede utilizar para impulsar dispositivos controlados por corriente.

En este proyecto, explicaremos cómo se puede diseñar una fuente de corriente controlada por voltaje que usa un amplificador operacional y también cómo construirla para demostrar su funcionamiento. Este tipo de circuito de fuente de corriente controlado por voltaje también se denomina servo de corriente. El circuito es muy simple y se puede construir con un número mínimo de componentes.

Conceptos básicos del amplificador operacional

Para comprender el funcionamiento de este circuito es fundamental saber cómo funciona un amplificador operacional.

La imagen de arriba es un solo amplificador operacional. Un amplificador amplifica señales, pero además de amplificar señales, también puede realizar operaciones matemáticas. O p-amp o amplificador operacional es la columna vertebral de la electrónica analógica y se utiliza en muchas aplicaciones, como amplificador sumador, amplificador diferencial, amplificador de instrumentación, integrador de amplificador operacional, etc.

Si miramos de cerca en la imagen de arriba, hay dos entradas y una salida. Esas dos entradas tienen el signo + y -. La entrada positiva se denomina entrada no inversora y la entrada negativa se denomina entrada inversora.

La primera regla que solía funcionar el amplificador es hacer que la diferencia entre estas dos entradas sea siempre cero. Para una mejor comprensión, veamos la siguiente imagen:

El circuito amplificador anterior es un circuito seguidor de voltaje. La salida está conectada en el terminal negativo, lo que lo convierte en un amplificador de ganancia 1x. Por lo tanto, el voltaje dado a través de la entrada está disponible en la salida.

Como se discutió antes, el amplificador operacional hace la diferenciación de ambas entradas 0. Como la salida está conectada a través del terminal de entrada, el amplificador operacional producirá el mismo voltaje que se proporciona a través del otro terminal de entrada. Entonces, si se dan 5V a través de la entrada, ya que la salida del amplificador está conectada al terminal negativo, producirá 5V, lo que eventualmente demuestra la regla 5V - 5V = 0. Esto sucede para todas las operaciones de retroalimentación negativa de los amplificadores.

Diseño de una fuente de corriente controlada por voltaje

Por la misma regla, veamos el circuito a continuación.

Ahora en lugar de la salida del op-amp conectado a la entrada negativa directamente, la retroalimentación negativa se deriva de la resistencia de derivación conectado a través de un N canal MOSFET. La salida del amplificador operacional está conectada a través de la puerta Mosfet.

Supongamos que se proporciona una entrada de 1V a través de la entrada positiva del amplificador operacional. El amplificador operacional hará que la ruta de retroalimentación negativa sea de 1V a cualquier costo. La salida encenderá el MOSFET para obtener 1 V a través del terminal negativo. La regla de la resistencia de derivación es producir una caída de voltaje según la ley de Ohm, V = IR. Por lo tanto, se producirá una caída de voltaje de 1 V si 1 A de corriente fluye a través de la resistencia de 1 ohmio.

El amplificador operacional usará esta caída de voltaje y obtendrá la retroalimentación de 1V deseada. Ahora, si conectamos una carga que requiere control de corriente para su funcionamiento, podemos usar este circuito y colocar la carga en una ubicación adecuada.

El diagrama de circuito detallado para la fuente de corriente controlada por voltaje Op-Amp se puede encontrar en la siguiente imagen:

Construcción

Para construir este circuito, necesitamos un amplificador operacional. El LM358 es un amplificador operacional muy barato y fácil de encontrar, y es una elección perfecta para este proyecto, 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 MOSFET de canal N, para que se use este IRF540N, también funcionarán otros MOSFET, pero asegúrese de que el paquete MOSFET tenga una opción para conectar un disipador de calor adicional si es necesario y se necesita una consideración cuidadosa para seleccionar la especificación adecuada del MOSFET según sea necesario. El pinout del IRF540N se muestra en la siguiente imagen:

El tercer requisito es la resistencia en derivación. Peguemos en una resistencia de 1 ohmios y 2 vatios. Se requieren dos resistencias adicionales, una para la resistencia de puerta MOSFET y la otra es la resistencia de retroalimentación. Estos dos son necesarios para reducir el efecto de carga. Sin embargo, la caída entre estas dos resistencias es insignificante.

Ahora, necesitamos una fuente de alimentación, es una fuente de alimentación de banco. Hay dos canales disponibles en la fuente de alimentación del banco. Uno de ellos, el primer canal se utiliza para proporcionar energía al circuito y el otro, que es el segundo canal, se utiliza para proporcionar el voltaje variable para controlar la fuente de corriente del circuito. Dado que el voltaje de control se aplica desde una fuente externa, ambos canales deben tener el mismo potencial, por lo que el terminal de tierra del segundo canal se conecta a través del terminal de tierra del primer canal.

Sin embargo, este voltaje de control se puede dar desde un divisor de voltaje variable usando cualquier tipo de potenciómetro. En tal caso, una sola fuente de alimentación es suficiente. Por lo tanto, se requieren los siguientes componentes para hacer una fuente de corriente variable controlada por voltaje:

1. Amplificador operacional (LM358)
2. MOSFET (IRF540N)
3. Resistencia de derivación (1 ohmio)
4. Resistencia de 1k
5. Resistencia de 10k
6. Fuente de alimentación (12V)
7. Unidad de fuente de alimentación
8. Placa de pan y cables de conexión adicionales

Funcionamiento de la fuente de corriente controlada por voltaje

El circuito está construido en una placa de pruebas con fines de prueba, como puede ver en la imagen de abajo. La carga no está conectada en el circuito para que sea un 0 ohmios casi ideal (en cortocircuito) para probar la operación de control de corriente.

El voltaje de entrada se cambia de 0,1 V a 0,5 V y los cambios de corriente se reflejan en el otro canal. Como se ve en la imagen de abajo, la entrada de 0.4V con 0 consumos de corriente se convierte efectivamente en el segundo canal para consumir 400mA de corriente a una salida de 9V. El circuito se alimenta con una fuente de 9V.

También puede ver el video en la parte inferior de esta página para conocer el trabajo detallado. Está respondiendo en función del voltaje de entrada. Por ejemplo, cuando el voltaje de entrada es.4V, el amplificador operacional responderá para tener el mismo voltaje.4V en su pin de retroalimentación. La salida del amplificador operacional enciende y controla el MOSFET hasta que la caída de voltaje a través de la resistencia de derivación se vuelve.4V.

En este escenario se aplica la ley de Ohm. La resistencia solo producirá una caída de.4V si la corriente a través de la resistencia es de 400 mA (.4 A). Esto se debe a que Voltaje = corriente x resistencia. Por lo tanto,.4V =.4A x 1 Ohm.

En este escenario, si conectamos una carga (carga resistiva) en serie como se describe en el esquema, entre el terminal positivo de la fuente de alimentación y el pin de drenaje del MOSFET, el amplificador operacional encenderá el MOSFET y el La misma cantidad de corriente fluirá a través de la carga y la resistencia produciendo la misma caída de voltaje que antes.

Por lo tanto, podemos decir que la corriente a través de la carga (la corriente se origina) es igual a la corriente a través del MOSFET, que también es igual a la corriente a través de la resistencia de derivación. Poniéndolo en una forma matemática obtenemos, Corriente procedente de la carga = Caída de voltaje / Resistencia en derivación.

Como se discutió anteriormente, la caída de voltaje será la misma que la tensión de entrada en el amplificador operacional. Por lo tanto, si se cambia el voltaje de entrada, la fuente de corriente a través de la carga también cambiará. Por lo tanto, Corriente procedente de la carga = voltaje de entrada / resistencia en derivación.

Mejoras de diseño

1. El aumento de la potencia de la resistencia puede mejorar la disipación de calor a través de la resistencia de derivación. Para elegir 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 la corriente de origen máxima, y R es el valor de la resistencia de derivación.
2. Al igual que LM358, muchos circuitos integrados de amplificadores operacionales tienen dos amplificadores operacionales en un solo paquete. Si el voltaje de entrada es demasiado bajo, el segundo amplificador operacional no utilizado se puede usar para amplificar el voltaje de entrada según sea necesario.
3. Para mejorar los problemas térmicos y de eficiencia, se pueden usar MOSFET de baja resistencia junto con un disipador de calor adecuado.