تصميم دائرة بسيطة بالوعة تيار مستمر باستخدام المرجع

المصدر الحالي والمغسلة الحالية هما المصطلحان الرئيسيان المستخدمان في تصميم الإلكترونيات ، هذان المصطلحان يمليان مقدار التيار الذي يمكن أن يترك أو يدخل المحطة. على سبيل المثال ، يبلغ تيار المغسلة والمصدر لدبوس الإخراج الرقمي 8051 Microcontroller النموذجي 1.6mA و 60uA على التوالي. بمعنى أن الدبوس يمكن أن يسلم (المصدر) حتى 60uA عندما يكون مرتفعًا ويمكن أن يستقبل (تغرق) حتى 1.6mA عندما يكون منخفضًا. أثناء تصميم داراتنا ، يتعين علينا أحيانًا بناء مصدرنا الحالي ودوائر المغسلة الحالية. في البرنامج التعليمي السابق ، قمنا ببناء دائرة مصدر تيار يتم التحكم فيها بالجهد باستخدام op-amp و MOSFET الشائعين والتي يمكن استخدامها لتوريد التيار إلى حمل ، ولكن في بعض الحالات بدلاً من تيار المصادر ، سنحتاج إلى خيار الحوض الحالي.

ومن ثم ، في هذا البرنامج التعليمي ، سوف نتعلم كيفية بناء دائرة بالوعة تيار مستمر يتحكم فيها الجهد. تتحكم دائرة غرق التيار المستمر المتحكم فيها بالجهد ، كما يوحي الاسم ، في مقدار التيار الغارق خلالها بناءً على الجهد المطبق. قبل المضي قدمًا في بناء الدائرة ، دعنا نفهم دائرة حوض التيار المستمر.

ما هي دائرة بالوعة الحالية الثابتة؟

تقوم دارة بالوعة التيار الثابت في الواقع بإغراق التيار بغض النظر عن مقاومة الحمل طالما أن جهد الدخل لم يتغير. بالنسبة لدائرة ذات مقاومة 1 أوم ، يتم تشغيلها باستخدام إدخال 1 فولت ، يكون التيار الثابت 1A وفقًا لقانون أوم. ولكن ، إذا قرر قانون أومز مقدار تدفق التيار خلال الدائرة ، فلماذا نحتاج إلى مصدر تيار ثابت ودائرة بالوعة التيار؟

كما ترى من الصورة أعلاه ، توفر دائرة المصدر الحالي تيارًا لدفع الحمل. سيتم تحديد مقدار الحمل الحالي الذي يتم استقباله بواسطة دائرة المصدر الحالي لأنها تعمل كمصدر للطاقة. وبالمثل ، تعمل دائرة الحوض الحالية مثل الأرض ، ومرة ​​أخرى سيتم التحكم في مقدار التيار الذي يستقبله الحمل بواسطة دائرة المغسلة الحالية. يتمثل الاختلاف الرئيسي في أن دارة المصدر يجب أن تصل إلى المصدر (الإمداد) بتيار كافٍ للحمل ، بينما يتعين على دائرة المغسلة أن تحد من التيار عبر الدائرة.

بالوعة التيار المتحكم في الجهد باستخدام Op-Amp

تعمل دائرة مغسلة التيار الثابت المتحكم فيها بالجهد تمامًا بنفس الطريقة التي تعمل بها دائرة مصدر التيار المتحكم فيها بالجهد والتي قمنا ببنائها سابقًا.

بالنسبة لدائرة المغسلة الحالية ، يتم تغيير اتصال op-amp ، أي أن الإدخال السالب متصل بمقاوم تحويل. سيوفر هذا التعليقات السلبية اللازمة لـ op-amp. ثم لدينا ترانزستور PNP ، متصل عبر خرج Op-amp بحيث يمكن لمخرج op-amp أن يقود ترانزستور PNP. الآن ، تذكر دائمًا أن Op-Amp سيحاول جعل الجهد عند كل من المدخلات (الإيجابية والسلبية) متساوية.

لنفترض أن الإدخال 1V يتم تقديمه عبر الإدخال الإيجابي لـ op-amp. سيحاول Op-amp الآن جعل المدخلات السلبية الأخرى أيضًا 1V. لكن كيف يمكن القيام بذلك؟ سيؤدي إخراج المرجع أمبير إلى تشغيل الترانزستور بطريقة تحصل على المدخلات الأخرى 1 فولت من Vsupply الخاص بنا.

سينتج مقاوم التحويل جهدًا منخفضًا وفقًا لقانون أوم ، V = IR. لذلك ، فإن 1A من تدفق التيار عبر الترانزستور سيخلق انخفاض الجهد 1V. سيغرق ترانزستور PNP هذا 1A من التيار وسيستخدم المرجع أمبير هذا الانخفاض في الجهد ويحصل على ردود الفعل المطلوبة 1V. بهذه الطريقة ، فإن تغيير جهد الدخل سوف يتحكم في القاعدة وكذلك التيار من خلال المقاوم التحويل. الآن ، دعنا نقدم الحمل الذي يجب التحكم فيه في دائرتنا.

كما ترون ، لقد صممنا بالفعل دوائر بالوعة تيار يتم التحكم فيها بالجهد باستخدام Op-Amp. ولكن للتوضيح العملي ، بدلاً من استخدام RPS لتوفير جهد متغير لـ Vin ، فلنستخدم مقياس جهد. نحن نعلم بالفعل أن مقياس الجهد الموضح أدناه يعمل كمقسم محتمل لتوفير جهد متغير بين 0V إلى Vsupply (+).

الآن ، دعونا نبني الدائرة ونتحقق من كيفية عملها.

اعمال بناء

تمامًا مثل البرنامج التعليمي السابق ، سنستخدم LM358 لأنه رخيص جدًا ويسهل العثور عليه ومتوفر على نطاق واسع. ومع ذلك ، فإنه يحتوي على قناتين op-amp في حزمة واحدة ، لكننا نحتاج إلى قناة واحدة فقط. لقد قمنا سابقًا ببناء العديد من الدوائر المستندة إلى LM358 ، يمكنك أيضًا التحقق منها. الصورة أدناه هي نظرة عامة على مخطط دبوس LM358.

بعد ذلك ، نحتاج إلى ترانزستور PNP ، يستخدم BD140 لهذا الغرض. ستعمل الترانزستورات الأخرى أيضًا ، لكن تبديد الحرارة يمثل مشكلة. لذلك ، تحتاج حزمة الترانزستور إلى خيار توصيل المشتت الحراري الإضافي. يظهر pinout BD140 في الصورة أدناه -

مكون رئيسي آخر هو Shunt Resistor. دعنا نتمسك بالمقاوم 47 أوم 2 واط لهذا المشروع. يتم وصف المكونات المطلوبة بالتفصيل في القائمة أدناه.

1. Op-amp (LM358)
2. ترانزستور PNP (BD140)
3. مقاوم تحويلة (47 أوم)
4. 1 كيلو المقاوم
5. 10 كيلو المقاوم
6. امدادات الطاقة (12 فولت)
7. 50 كيلو الجهد
8. لوحة الخبز وأسلاك توصيل إضافية

تعمل دائرة بالوعة التيار المتحكم فيها بالجهد

تم إنشاء الدائرة في لوحة توصيل بسيطة لأغراض الاختبار كما ترون في الصورة أدناه. لاختبار المرفق الحالي الثابت ، يتم استخدام مقاومات مختلفة كحمل مقاوم.

يتم تغيير جهد الدخل باستخدام مقياس الجهد وتنعكس التغييرات الحالية في الحمل. كما هو موضح في الصورة أدناه ، يتم غرق تيار 0.16A بواسطة الحمل. يمكنك أيضًا التحقق من العمل التفصيلي في الفيديو المرتبط أسفل هذه الصفحة. لكن ، ما الذي يحدث بالضبط داخل الدائرة؟

كما تمت مناقشته من قبل ، أثناء إدخال 8V ، فإن op-amp سيجعل الجهد ينخفض ​​عبر المقاوم التحويل لـ 8V في دبوس التغذية الراجعة الخاص به. سيتم تشغيل خرج op-amp على الترانزستور حتى ينتج المقاوم التحويلية انخفاض 8V.

وفقًا لقانون أومس ، لن ينتج المقاوم سوى انخفاض 8 فولت عندما يكون تدفق التيار 170 مللي أمبير (17 أمبير). هذا لأن الجهد = المقاومة الحالية x. لذلك ، 8V =.17A × 47 أوم. في هذا السيناريو ، سيساهم الحمل المقاوم المتصل المتسلسل كما هو موضح في التخطيطي في تدفق التيار. سوف يقوم جهاز op-amp بتشغيل الترانزستور وسيتم غرق نفس كمية التيار على الأرض مثل المقاوم التحويل.

الآن ، إذا كان الجهد ثابتًا ، ومهما كان الحمل المقاوم متصلًا ، فسيكون تدفق التيار هو نفسه ، وإلا فلن يكون الجهد عبر المرجع أمبير هو نفسه جهد الدخل.

وبالتالي ، يمكننا القول أن التيار عبر الحمل (غرق التيار) يساوي التيار عبر الترانزستور والذي يساوي أيضًا التيار من خلال المقاوم التحويل. لذلك ، بإعادة ترتيب المعادلة أعلاه ،

بالوعة الحالية بالحمل = انخفاض الجهد / مقاومة التحويل.

كما تمت مناقشته من قبل ، سيكون انخفاض الجهد هو نفسه جهد الدخل عبر المرجع أمبير. وبالتالي،

بالوعة الحالية بالحمل = جهد الإدخال / مقاومة التحويل.

إذا تم تغيير جهد الدخل ، فإن الحوض الحالي خلال الحمل سيتغير أيضًا.

تحسينات التصميم

1. إذا كان تبديد الحرارة أعلى ، فقم بزيادة القوة الكهربائية لمقاوم التحويل. لاختيار القوة الكهربائية لمقاوم التحويل ، يمكن استخدام R _w = I ² R ، حيث R _w هي القوة الكهربائية للمقاومة وأنا أقصى تدفق للتيار و R هي قيمة المقاوم التحويلة.
2. يحتوي LM358 على مكبرين تشغيليين في حزمة واحدة. بخلاف ذلك ، تحتوي العديد من أجهزة op-amp ICs على مكبرين تشغيليين في حزمة واحدة. إذا كان جهد الدخل منخفضًا جدًا ، فيمكن للمرء استخدام المرجع الثاني لتضخيم جهد الإدخال كما هو مطلوب.