Concevez un simple circuit de puits de courant constant en utilisant op

Source de courant et puits de courant sont deux termes principaux utilisés dans la conception électronique, ces deux termes dictent la quantité de courant pouvant sortir ou entrer dans un terminal. Par exemple, le courant absorbé et source d'une broche de sortie numérique typique d'un microcontrôleur 8051 est de 1,6 mA et 60 uA respectivement. Ce qui signifie que la broche peut fournir (source) jusqu'à 60 uA lorsqu'elle est rendue élevée et peut recevoir (absorber) jusqu'à 1,6 mA lorsqu'elle est rendue basse. Lors de la conception de nos circuits, nous devons parfois construire nos propres circuits de source de courant et de puits de courant. Dans le didacticiel précédent, nous avons construit un circuit de source de courant contrôlé en tension utilisant un amplificateur opérationnel et un MOSFET communs qui peuvent être utilisés pour fournir du courant à une charge, mais dans certains cas, au lieu du courant de source, nous aurons besoin d'une option de puits de courant.

Par conséquent, dans ce didacticiel, nous allons apprendre à construire un circuit de puits de courant constant contrôlé en tension. Un circuit de puits de courant constant contrôlé par tension, comme son nom l'indique, contrôle la quantité de courant qui le traverse en fonction de la tension appliquée. Avant de continuer avec la construction du circuit, comprenons le circuit de puits de courant constant.

Qu'est-ce qu'un circuit de puits à courant constant?

Un circuit de puits de courant constant absorbe réellement le courant quelle que soit la résistance de charge tant que la tension d'entrée n'est pas modifiée. Pour un circuit avec une résistance de 1 ohm, alimenté par une entrée de 1 V, le courant constant est de 1 A selon la loi d'Ohm. Mais, si la loi d'Ohm détermine la quantité de courant circulant dans un circuit, alors pourquoi avons-nous besoin d'une source de courant constant et d'un circuit de puits de courant?

Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, un circuit source de courant fournit du courant pour entraîner la charge. La quantité de charge de courant reçue sera décidée par le circuit de source de courant car il agit comme une alimentation. De même, le circuit de puits de courant agit comme une masse, là encore la quantité de courant que la charge reçoit sera contrôlée par le circuit de puits de courant. La principale différence est que le circuit source doit à la source (fournir) suffisamment de courant à la charge, tandis que le circuit collecteur doit simplement limiter le courant à travers le circuit.

Dissipateur de courant contrôlé par tension à l'aide d'Op-Amp

Le circuit de puits de courant constant contrôlé par tension fonctionne exactement de la même manière que le circuit de source de courant contrôlé par tension que nous avons construit précédemment.

Pour un circuit de puits de courant, la connexion de l'amplificateur opérationnel est modifiée, c'est-à-dire que l'entrée négative est connectée à une résistance shunt. Cela fournira le retour négatif nécessaire à l'ampli opérationnel. Ensuite, nous avons un transistor PNP, qui est connecté à travers la sortie de l'amplificateur opérationnel afin que la broche de sortie de l'amplificateur opérationnel puisse piloter le transistor PNP. Maintenant, rappelez-vous toujours qu'un ampli-op essaiera de rendre la tension aux deux entrées (positive et négative) égale.

Supposons que l'entrée 1V soit donnée à travers l'entrée positive de l'ampli-op. L'ampli-opérationnel essaiera maintenant de rendre l'autre entrée négative également en 1V. Mais comment cela peut-il être fait? La sortie de l'ampli opérationnel activera le transistor de manière à ce que l'autre entrée obtienne 1V de notre Vsupply.

La résistance shunt produira une tension de chute selon la loi d'Ohm, V = IR. Par conséquent, 1A de courant traversant le transistor créera une tension de chute de 1V. Le transistor PNP absorbera ce 1A de courant et l'ampli opérationnel utilisera cette chute de tension et obtiendra la rétroaction 1V souhaitée. De cette façon, changer la tension d'entrée contrôlera la base ainsi que le courant à travers la résistance shunt. Maintenant, introduisons la charge qui doit être contrôlée dans notre circuit.

Comme vous pouvez le voir, nous avons déjà conçu des circuits de puits de courant contrôlés en tension utilisant Op-Amp. Mais pour une démonstration pratique, au lieu d'utiliser un RPS pour fournir une tension variable à Vin, utilisons un potentiomètre. Nous savons déjà que le potentiomètre illustré ci-dessous fonctionne comme un diviseur de potentiel pour fournir une tension variable entre 0V et Vsupply (+).

Maintenant, construisons le circuit et vérifions son fonctionnement.

Construction

Comme le tutoriel précédent, nous utiliserons le LM358 car il est très bon marché, facile à trouver et largement disponible. Cependant, il a deux canaux d'ampli opérationnel dans un seul paquet, mais nous n'en avons besoin que d'un seul. Nous avons déjà construit de nombreux circuits basés sur LM358, vous pouvez également les vérifier. L'image ci-dessous est un aperçu du diagramme des broches LM358.

Ensuite, nous avons besoin d'un transistor PNP, BD140 est utilisé à cet effet. D'autres transistors fonctionneront également, mais la dissipation thermique est un problème. Par conséquent, le package Transistor doit avoir une option pour connecter un dissipateur thermique supplémentaire. Le brochage BD140 est illustré dans l'image ci-dessous -

Un autre composant majeur est la résistance shunt. Tenons-nous en une résistance de 47 ohms 2 watts pour ce projet. Les composants requis en détail sont décrits dans la liste ci-dessous.

Ampli-op (LM358)
Transistor PNP (BD140)
Résistance shunt (47 Ohms)
Résistance 1k
Résistance 10k
Alimentation (12V)
Potentiomètre 50k
Planche à pain et fils de connexion supplémentaires

Fonctionnement du circuit de puits de courant contrôlé par tension

Le circuit est construit dans une simple maquette à des fins de test, comme vous pouvez le voir dans l'image ci-dessous. Pour tester l'installation à courant constant, différentes résistances sont utilisées comme charge résistive.

La tension d'entrée est modifiée à l'aide du potentiomètre et les changements de courant sont reflétés dans la charge. Comme le montre l'image ci-dessous, un courant de 0,16 A est absorbé par la charge. Vous pouvez également vérifier le fonctionnement détaillé dans la vidéo liée au bas de cette page. Mais que se passe-t-il exactement à l'intérieur du circuit?

Comme indiqué précédemment, pendant l'entrée 8V, l'ampli opérationnel fera chuter la tension à travers la résistance de shunt pour 8V dans sa broche de rétroaction. La sortie de l'ampli opérationnel activera le transistor jusqu'à ce que la résistance shunt produise une chute de 8V.

Conformément à la loi d'Ohm, la résistance ne produira une chute de 8 V que lorsque le flux de courant est de 170 mA (0,17 A). C'est parce que Tension = courant x résistance. Par conséquent, 8 V = 0,17 A x 47 Ohms. Dans ce scénario, la charge résistive connectée qui est en série comme indiqué sur le schéma contribuera également au flux de courant. L'ampli opérationnel allumera le transistor et la même quantité de courant sera coulée au sol que la résistance de shunt.

Maintenant, si la tension est fixe, quelle que soit la charge résistive connectée, le flux de courant sera le même, sinon, la tension aux bornes de l'ampli opérationnel ne sera pas la même que la tension d'entrée.

Ainsi, nous pouvons dire que le courant traversant la charge (le courant est absorbé) est égal au courant traversant le transistor qui est également égal au courant traversant la résistance shunt. Ainsi, en réorganisant l'équation ci-dessus, Courant absorbé par la charge = Chute de tension / Résistance shunt.

Comme indiqué précédemment, la chute de tension sera la même que la tension d'entrée aux bornes de l'ampli opérationnel. Par conséquent, Courant absorbé par la charge = tension d'entrée / résistance shunt.

Si la tension d'entrée est modifiée, le courant absorbé à travers la charge changera également.

Améliorations de la conception

Si la dissipation thermique est plus élevée, augmentez la puissance de la résistance shunt. Pour sélectionner la puissance de la résistance shunt, R _w = I ² R peut être utilisé, où R _w est la puissance de la résistance et I est le flux de courant maximum et R est la valeur de la résistance shunt.
Le LM358 a deux amplificateurs opérationnels dans un seul boîtier. En dehors de cela, de nombreux circuits intégrés d'amplificateurs opérationnels ont deux amplificateurs opérationnels dans un seul boîtier. Si la tension d'entrée est trop basse, on peut utiliser le deuxième ampli-op pour amplifier la tension d'entrée selon les besoins.