במעגל מקור זרם מבוקר מתח, כפי שהשם מרמז, כמות קטנה של מתח על פני הקלט תשלט באופן יחסי על זרימת הזרם על פני עומסי המוצא. סוג זה של מעגל משמש בדרך כלל באלקטרוניקה להפעלת מכשירים מבוקרי זרם כמו BJT, SCR וכו '. אנו יודעים שב- BJT הזרם הזורם דרך בסיס הטרנזיסטור שולט בכמה טרנזיסטור סגור, ניתן לספק זרם בסיס זה על ידי סוגים רבים של מעגלים, שיטה אחת היא להשתמש במעגל מקור זרם מבוקר מתח זה. אתה יכול גם לבדוק את המעגל הנוכחי הקבוע שבו ניתן להשתמש גם להנעת מכשירים הנשלטים על זרם.
בפרויקט זה נסביר כיצד ניתן לתכנן מקור זרם מבוקר מתח המשתמש במגבר וגם לבנות אותו כדי להדגים את פעולתו. סוג זה של מעגל מקור זרם מבוקר מתח נקרא גם סרוו זרם. המעגל פשוט מאוד וניתן לבנות אותו עם מספר מינימלי של רכיבים.
יסודות אופ-מגבר
כדי להבין את פעולתו של מעגל זה, חשוב לדעת כיצד פועל מגבר תפעולי.
התמונה לעיל היא מגבר תפעולי יחיד. מגבר מגביר אותות, אך מלבד הגברת אותות הוא יכול גם לבצע פעולות מתמטיות. מגבר O p או מגבר תפעולי הוא עמוד השדרה של אלקטרוניקה אנלוגית ומשמש ביישומים רבים, כמו מגבר Summing, מגבר דיפרנציאלי, מגבר מכשור, אינטגרטור מגבר אופ וכו '.
אם נסתכל מקרוב בתמונה שלעיל, יש שתי כניסות ופלט אחד. לשני הקלטים יש סימן + ו- -. הקלט החיובי נקרא קלט לא הפוך והקלט השלילי נקרא קלט הפוך.
הכלל הראשון שהמגבר עבד בו הוא לבצע את ההבדל בין שתי הכניסות הללו הוא תמיד אפס. להבנה טובה יותר בואו נראה את התמונה למטה -
מעגל המגבר הנ"ל הוא מעגל עוקב מתח. הפלט מחובר במסוף השלילי מה שהופך אותו למגבר רווח 1x. לכן, המתח הניתן על פני הקלט זמין על פני הפלט.
כפי שנדון קודם, המגבר התפעולי מבצע את ההבחנה בין שני הקלטים 0. היציאה מחוברת על פני מסוף הכניסה, המגבר יפיק את אותו המתח המסופק על פני מסוף הכניסה האחר. לכן, אם ניתן 5 וולט על פני הקלט, כאשר פלט המגבר מחובר במסוף השלילי הוא יפיק 5 וולט אשר בסופו של דבר מוכיח את הכלל 5V - 5V = 0. זה קורה לכל פעולת משוב שלילית של מגברים.
תכנון מקור זרם מבוקר מתח
לפי אותו כלל, בואו נראה את המעגל שלהלן.
עכשיו במקום הפלט של-מגבר השרת מחובר לכניסה השלילית ישירות, משוב שלילי נגזר נגד המחלף מחובר פני MOSFET N ערוץ. יציאת המגבר האופטי מחוברת מעבר לשער Mosfet.
נניח, קלט 1V ניתן על פני הקלט החיובי של המגבר. המגבר האופציונלי יהפוך את נתיב המשוב השלילי ל -1 V בכל מחיר. הפלט יפעיל את MOSFET כדי לעבור 1 וולט על המסוף השלילי. הכלל של הנגד המחלף הוא לייצר מתח ירידה לפי חוק אוהם, V = IR. לכן, מתח ירידה של 1 וולט יופק אם זרם 1A של זרם דרך הנגד 1 אוהם.
מגבר ה- OP ישתמש במתח הירידה הזה ויקבל משוב 1V רצוי. כעת, אם נחבר עומס הדורש בקרת זרם להפעלה, נוכל להשתמש במעגל זה ולהציב את העומס במקום מתאים.
דיאגרמת המעגל המפורטת למקור זרם מבוקר מתח-מגבר נמצאת בתמונה למטה -
בְּנִיָה
כדי לבנות את המעגל הזה, אנו זקוקים למגבר-על. LM358 הוא מגבר אופטי זול מאוד, קל למצוא, והוא בחירה מושלמת לפרויקט זה, עם זאת, יש לו שני ערוצי מגבר אופטי בחבילה אחת, אבל אנחנו צריכים רק אחד. בנינו בעבר מעגלים רבים המבוססים על LM358, ותוכלו גם לבדוק אותם. התמונה למטה היא סקירה של תרשים הסיכה LM358.
בשלב הבא אנו זקוקים ל- MOSFET של ערוץ N, לשם שימוש ב- IRF540N זה, MOSFET אחרים יעבדו גם כן, אך וודאו כי לחבילה MOSFET יש אפשרות לחבר גוף קירור נוסף במידת הצורך ויש צורך בשיקול זהיר לבחירת המפרט המתאים של MOSFET כנדרש. פינאוט IRF540N מוצג בתמונה למטה -
הדרישה השלישית היא הנגד המחלף. בואו ניכנס לנגד של 1 אוהם 2 וואט. נדרשים שני נגדים נוספים, אחד לנגד שער MOSFET והשני הוא נגד המשוב. שני אלה נדרשים להפחתת אפקט הטעינה. עם זאת, הירידה בין שני הנגדים הללו היא זניחה.
כעת, אנו זקוקים למקור חשמל, זהו ספק כוח לספסל. ישנם שני ערוצים הזמינים באספקת החשמל של הספסל. אחד מהם, הערוץ הראשון משמש לספק חשמל למעגל והשני שהוא הערוץ השני המשמש לספק את המתח המשתנה לבקרת זרם המקור של המעגל. כאשר מתח הבקרה מוחל ממקור חיצוני, שני הערוצים צריכים להיות באותו פוטנציאל, ולכן מסוף הקרקע של הערוץ השני מחובר על פני מסוף הקרקע של הערוץ הראשון.
עם זאת, ניתן לתת מתח בקרה זה ממחלק מתח משתנה באמצעות כל סוג של פוטנציומטר. במקרה כזה ספק כוח יחיד מספיק. לכן, הרכיבים הבאים נדרשים לייצור מקור זרם משתנה מבוקר מתח -
- מגבר אופ (LM358)
- MOSFET (IRF540N)
- נגד שאנט (1 אוהם)
- נגד 1k
- נגד 10k
- ספק כוח (12V)
- יחידת אספקת חשמל
- לוח לחם וחוטי חיבור נוספים
מקור זרם מבוקר מתח עובד
המעגל בנוי בלוח לחם למטרות בדיקה כפי שניתן לראות בתמונה למטה. העומס אינו מחובר במעגל כדי להפוך אותו ל 0 אוהם כמעט קצר (קצר) לבדיקת פעולת הבקרה הנוכחית.
מתח הכניסה משתנה מ- 0.1V ל- 0.5V והשינויים הנוכחיים באים לידי ביטוי בערוץ האחר. כפי שנראה בתמונה למטה, קלט 0.4V עם 0 משיכות זרם הופך למעשה לערוץ השני לצייר 400mA של זרם בהספק 9V. המעגל מופעל באמצעות אספקת 9 וולט.
ניתן גם לבדוק את הסרטון בתחתית עמוד זה לצורך עבודה מפורטת. זה מגיב בהתאם למתח הכניסה. לדוגמא, כאשר מתח הקלט הוא.4 וולט, המגבר המגיב יגיב שיהיה באותו מתח.4 וולט בסיכת המשוב שלו. תפוקת המגבר הלהקה מופעלת ושולטת ב- MOSFET עד שנפילת המתח על פני הנגרל הפך.4V.
חוק אוהם מוחל בתרחיש זה. הנגד יפיק ירידה של 0.4 וולט רק אם הזרם דרך הנגד יהיה 400mA (.4A). הסיבה לכך היא שמתח = התנגדות x הנוכחית. לכן,.4 V =.4A x 1 אוהם.
בתרחיש זה, אם נחבר עומס (עומס התנגדות) בסדרה זהה למתואר בתרשים, בין המסוף החיובי של ספק הכוח לסיכת הניקוז של ה- MOSFET, המגבר הדלק יפעיל את ה- MOSFET ואת אותה כמות זרם תזרום דרך העומס והנגד על ידי ייצור ירידת מתח זהה לקודם.
לפיכך, אנו יכולים לומר כי הזרם דרך העומס (הזרם מקור) שווה לזרם דרך ה- MOSFET השווה גם לזרם דרך הנגד. לשים את זה בצורה מתמטית שאנחנו מקבלים, זרם שמקורו בעומס = ירידת מתח / התנגדות שאנט.
כפי שנדון קודם, ירידת המתח תהיה זהה למתח הכניסה על פני המגבר. לכן, אם מתח הקלט ישתנה, גם המקור הנוכחי דרך העומס ישתנה. לָכֵן, זרם שמקורו בעומס = מתח כניסה / התנגדות שאנט.
שיפורי עיצוב
- העלייה בהספק הנגד יכולה לשפר את פיזור החום על פני הנגד. כדי לבחור את ההספק של הנגד המחלף, R w = אני 2 R ניתן להשתמש, איפה R w הוא בהספק הנגד שאני המקסימום מקורות הנוכחי, ו R הוא הערך של הנגד המחלף.
- זהה כמו ל- LM358, רבים ממחשבי ה- IC של מגבר ה- Op-amp יש שני מגברי-על במארז יחיד. אם מתח הכניסה נמוך מדי, ניתן להשתמש במגבר האופציה השני שאינו בשימוש להגברת מתח הכניסה כנדרש.
- לשיפור הבעיות התרמיות והיעילות, ניתן להשתמש ב- MOSFET בעל עמידות נמוכה יחד עם גוף קירור מתאים.