顧名思義，壓控電流源電路是輸入端的少量電壓將按比例控制流經(jīng)輸出負(fù)載的電流。這種類型的電路在電子產(chǎn)品中常用來驅(qū)動(dòng)BJT、SCR等電流控制器件。眾所周知，在BJT中，流經(jīng)晶體管基極的電流控制著晶體管閉合的數(shù)量，可以提供該基極電流對(duì)于許多類型的電路，一種方法是使用這種壓控電流源電路。還可以檢查恒流電路，該電路也可用于驅(qū)動(dòng)電流控制設(shè)備。在本文中，將介紹使用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)和構(gòu)建電壓控制電流源的工作原理。這種壓控電流源電路也稱為電流伺服。該電路非常簡單，可以用最少數(shù)量的元件構(gòu)成。
1.運(yùn)算放大器原理
圖1是單個(gè)運(yùn)算放大器。放大器放大信號(hào)，但除了放大信號(hào)之外，它還可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。并且在許多應(yīng)用中，可作為加法放大器，差分放大器，儀表放大器，運(yùn)算放大器積分器等等。如圖所示，運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。這兩個(gè)輸入具有 + 和 - 符號(hào)。正輸入稱為同相輸入，負(fù)輸入稱為反相輸入。
圖1 單個(gè)運(yùn)算放大器
2.電壓跟隨器電路
圖2 電壓跟隨器電路圖
圖2是放大電路是一個(gè)電壓跟隨器電路。輸出連接在負(fù)端子上，使其成為 1x 增益放大器。因此，輸入端給出的電壓可用于輸出端。如上所述，運(yùn)算放大器將兩個(gè)輸入的微分設(shè)為0。當(dāng)輸出連接在輸入端子上時(shí)，運(yùn)算放大器將產(chǎn)生與另一個(gè)輸入端子上提供的電壓相同的電壓。因此，如果在輸入端提供 5V，當(dāng)放大器輸出連接到負(fù)端子時(shí)，它將產(chǎn)生5V，最終證明規(guī)則5V– 5V=0。這適用于放大器的所有負(fù)反饋操作。
3.設(shè)計(jì)壓控電流源
如圖3所示，現(xiàn)在不是直接連接到負(fù)輸入的運(yùn)算放大器的輸出，負(fù)反饋來自連接在N 溝道MOSFET兩端的分流電阻器。運(yùn)算放大器輸出連接在Mosfet 門上。讓我們假設(shè)，在運(yùn)算放大器的正輸入端提供1V輸入。運(yùn)算放大器將不惜一切代價(jià)使負(fù)反饋路徑為1V。輸出將打開MOSFET以在負(fù)端子上獲得1V。分流電阻的規(guī)則是根據(jù)歐姆定律產(chǎn)生壓降，V= IR。因此，如果1A 電流流過1 歐姆電阻，則會(huì)產(chǎn)生 1V壓降。
圖3 負(fù)反饋電路
運(yùn)算放大器將使用此壓降并獲得所需的1V 反饋。現(xiàn)在，如果連接一個(gè)需要電流控制才能運(yùn)行的負(fù)載，可以使用該電路并將負(fù)載放置在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/div>
圖4 電流控制的負(fù)載電路
圖5是運(yùn)算放大器電壓控制電流源的詳細(xì)電路圖。
圖5 電壓控制電流源設(shè)計(jì)電路圖
4.構(gòu)建電路
為了構(gòu)建這個(gè)電路，需要一個(gè)運(yùn)算放大器。LM358是一款非常便宜、容易找到的運(yùn)算放大器，它是這個(gè)項(xiàng)目的完美選擇，然而，它在一個(gè)封裝中有兩個(gè)運(yùn)算放大器通道，但只需要一個(gè)。圖6是LM358引腳圖。
圖6 LM358引腳圖
接下來，需要一個(gè)N 溝道MOSFET，因?yàn)槭褂昧诉@個(gè)IRF540N，其他MOSFET也可以使用，但請(qǐng)確保MOSFET 封裝可以選擇連接額外的散熱器(如果需要)，并且需要仔細(xì)考慮選擇合適的規(guī)格的MOSFET 根據(jù)需要。IRF540N 引腳排列如圖7所示。
圖7 IRF540N引腳排列圖
第三個(gè)要求是分流電阻。本文選裝1ohms 2watt 電阻器。另外兩個(gè)電阻器是必需的，一個(gè)用于MOSFET的柵極電阻，而另一個(gè)是所述反饋電阻。這兩個(gè)是減少負(fù)載效應(yīng)所必需的。然而，這兩個(gè)電阻之間的壓降可以忽略不計(jì)。
現(xiàn)在，需要一個(gè)電源，它是一個(gè)臺(tái)式電源。工作臺(tái)電源有兩個(gè)可用通道。其中一個(gè)，第一個(gè)通道用于為電路提供電源，另一個(gè)是第二個(gè)通道，用于提供可變電壓以控制電路的源電流。由于控制電壓是由外部源施加的，因此兩個(gè)通道需要處于相同的電位，因此第二通道的接地端連接在第一通道接地端的兩端。
但是，可以使用任何類型的電位器從可變分壓器中提供此控制電壓。在這種情況下，單個(gè)電源就足夠了。因此，制作壓控可變電流源需要以下元件：
運(yùn)算放大器 (LM358)
MOSFET (IRF540N)
分流電阻器(1 歐姆)
1k電阻
10k電阻
電源(12V)
供電單元
面包板和額外的連接線
5.壓控電流源工作
該電路在面包板中構(gòu)建以進(jìn)行測試，如圖8所示。電路中未連接負(fù)載，使其接近理想的0歐姆(短路)，用于測試電流控制操作。
圖8 電路在面包板測試
輸入電壓從0.1V變?yōu)?.5V，電流變化反映在另一個(gè)通道中。如9圖所示，電流消耗為0.4V的輸入有效地成為第二個(gè)通道，以在9V輸出下消耗400mA的電流。該電路使用9V電源供電。
圖9 電流變化
它根據(jù)輸入電壓進(jìn)行響應(yīng)。例如，當(dāng)輸入電壓為0.4V時(shí)，運(yùn)算放大器將響應(yīng)在其反饋引腳中具有相同的電壓0.4V。運(yùn)算放大器的輸出打開并控制MOSFET，直到分流電阻上的壓降變?yōu)?.4V。在這種情況下應(yīng)用歐姆定律。如果通過電阻器的電流為400mA (4A)，則電阻器只會(huì)產(chǎn)生0.4V的壓降。這是因?yàn)殡妷?= 電流x電阻。因此，4V= 4Ax1歐姆。
如果像原理圖中描述的那樣串聯(lián)一個(gè)負(fù)載(電阻負(fù)載)，在電源的正極端子和MOSFET的漏極引腳之間，運(yùn)算放大器將打開MOSFET 和通過產(chǎn)生與以前相同的壓降，相同量的電流將流過負(fù)載和電阻器。因此，可以說流經(jīng)負(fù)載的電流(源電流)等于流經(jīng) MOSFET 的電流，也等于流經(jīng)分流電阻器的電流。把它放在一個(gè)數(shù)學(xué)形式，得到：
負(fù)載的電流=電壓降/分流電阻。
如上所述，壓降將與運(yùn)算放大器兩端的輸入電壓相同。因此，如果輸入電壓發(fā)生變化，通過負(fù)載的電流源也會(huì)發(fā)生變化。因此，
提供給負(fù)載的電流= 輸入電壓/分流電阻。
總結(jié)
以上基于運(yùn)算放大器的壓控電流源電路設(shè)計(jì)介紹了。本設(shè)計(jì)還需改進(jìn)：①電阻瓦數(shù)的增加可以改善分流電阻兩端的散熱。要選擇分流電阻器的瓦數(shù)，可以使用Rw = I2R，其中Rw是電阻器瓦數(shù)，I是最大源電流，R是分流電阻器的值;②與LM358 一樣，許多運(yùn)算放大器IC在單個(gè)封裝中具有兩個(gè)運(yùn)算放大器。如果輸入電壓過低，可以根據(jù)需要使用第二個(gè)未使用的運(yùn)放對(duì)輸入電壓進(jìn)行放大。③為了改善熱和效率問題，可以使用低導(dǎo)通電阻 MOSFET 和適當(dāng)?shù)纳崞鳌?br />
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