Concevoir un circuit de source de courant contrôlé en tension à l'aide de op

Dans un circuit de source de courant contrôlé en tension, comme son nom l'indique, une petite quantité de tension aux bornes de l'entrée contrôlera proportionnellement le flux de courant à travers les charges de sortie. Ce type de circuit est couramment utilisé en électronique pour piloter des dispositifs contrôlés en courant comme BJT, SCR, etc. par de nombreux types de circuits, une méthode consiste à utiliser ce circuit de source de courant commandé en tension. Vous pouvez également vérifier le circuit de courant constant qui peut également être utilisé pour piloter des appareils à courant contrôlé.

Dans ce projet, nous expliquerons comment une source de courant contrôlée en tension utilisant un ampli-op peut être conçue et la construire également pour démontrer son fonctionnement. Ce type de circuit de source de courant commandé en tension est également appelé servo de courant. Le circuit est très simple et peut être construit avec un nombre minimum de composants.

Principes de base de l'ampli-op

Pour comprendre le fonctionnement de ce circuit, il est essentiel de savoir comment fonctionne un amplificateur opérationnel.

L'image ci-dessus est un seul amplificateur opérationnel. Un amplificateur amplifie les signaux, mais à part les signaux d'amplification, il peut également effectuer des opérations mathématiques. O p-amp ou amplificateur opérationnel est l'épine dorsale de l'électronique analogique et est utilisé dans de nombreuses applications, telles que l'amplificateur de sommation, l'amplificateur différentiel, l'amplificateur d'instrumentation, l'intégrateur d'amplificateur opérationnel, etc.

Si nous regardons de près dans l'image ci-dessus, il y a deux entrées et une sortie. Ces deux entrées ont le signe + et -. L'entrée positive est appelée entrée non inverseuse et l'entrée négative est appelée entrée inverseuse.

La première règle utilisée par l'amplificateur pour fonctionner est de faire en sorte que la différence entre ces deux entrées soit toujours nulle. Pour une meilleure compréhension, voyons l'image ci-dessous -

Le circuit amplificateur ci-dessus est un circuit suiveur de tension. La sortie est connectée à la borne négative, ce qui en fait un amplificateur à gain 1x. Par conséquent, la tension donnée aux bornes de l'entrée est disponible aux bornes de la sortie.

Comme indiqué précédemment, l'amplificateur opérationnel effectue la différenciation des deux entrées à 0. Lorsque la sortie est connectée à travers la borne d'entrée, l'amplificateur opérationnel produira la même tension que celle fournie à travers l'autre borne d'entrée. Donc, si 5V est donné à l'entrée, comme la sortie de l'amplificateur est connectée à la borne négative, elle produira 5V, ce qui prouve finalement la règle 5V - 5V = 0. Cela se produit pour toutes les opérations de rétroaction négative des amplificateurs.

Conception d'une source de courant contrôlée en tension

Par la même règle, voyons le circuit ci-dessous.

Maintenant, au lieu de la sortie de l'amplificateur opérationnel relié à l'entrée négative directement, la rétroaction négative est dérivée de la résistance de dérivation connecté aux bornes d' un transistor MOS à canal N. La sortie op-amp est connectée à travers la porte Mosfet.

Supposons qu'une entrée 1V soit donnée à travers l'entrée positive de l'ampli-op. L'ampli opérationnel rendra le chemin de rétroaction négative de 1V à tout prix. La sortie activera le MOSFET pour obtenir 1 V sur la borne négative. La règle de la résistance shunt est de produire une tension de chute selon la loi d'Ohm, V = IR. Par conséquent, une tension de chute de 1 V sera produite si 1 A de courant passe à travers la résistance de 1 Ohm.

L'ampli opérationnel utilisera cette tension de chute et obtiendra la rétroaction 1V souhaitée. Maintenant, si nous connectons une charge qui nécessite un contrôle du courant pour fonctionner, nous pouvons utiliser ce circuit et placer la charge à un emplacement approprié.

Le schéma de circuit détaillé de la source de courant commandée par la tension de l'amplificateur opérationnel se trouve dans l'image ci-dessous -

Construction

Pour construire ce circuit, nous avons besoin d'un ampli opérationnel. Le LM358 est un ampli opérationnel très bon marché, facile à trouver, et c'est un choix parfait pour ce projet, 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 MOSFET à canal N, pour que cet IRF540N soit utilisé, d'autres MOSFET fonctionneront également, mais assurez-vous que le package MOSFET a une option pour connecter un dissipateur de chaleur supplémentaire si nécessaire et un examen attentif est nécessaire pour sélectionner la spécification appropriée du MOSFET au besoin. Le brochage de l'IRF540N est illustré dans l'image ci-dessous -

La troisième exigence est la résistance shunt. Restons dans une résistance de 1 ohms 2 watts. Deux résistances supplémentaires sont nécessaires, une pour la résistance de grille MOSFET et l'autre est la résistance de rétroaction. Ces deux sont nécessaires pour réduire l'effet de chargement. Cependant, la chute entre ces deux résistances est négligeable.

Maintenant, nous avons besoin d'une source d'alimentation, c'est une alimentation de table. Il y a deux canaux disponibles dans l'alimentation du banc. L'un d'eux, le premier canal est utilisé pour fournir de l'énergie au circuit et l'autre qui est le deuxième canal utilisé pour fournir la tension variable pour contrôler le courant de source du circuit. Comme la tension de commande est appliquée à partir d'une source externe, les deux canaux doivent être au même potentiel, ainsi la borne de masse du second canal est connectée à travers la borne de masse du premier canal.

Cependant, cette tension de commande peut être donnée à partir d'un diviseur de tension variable utilisant n'importe quel type de potentiomètre. Dans un tel cas, une seule alimentation est suffisante. Par conséquent, les composants suivants sont nécessaires pour créer une source de courant variable contrôlée en tension -

1. Ampli-op (LM358)
2. MOSFET (IRF540N)
3. Résistance shunt (1 Ohm)
4. Résistance 1k
5. Résistance 10k
6. Alimentation (12V)
7. Bloc d'alimentation
8. Planche à pain et fils de connexion supplémentaires

Source de courant contrôlée en tension fonctionnant

Le circuit est construit dans une maquette à des fins de test, comme vous pouvez le voir dans l'image ci-dessous. La charge n'est pas connectée au circuit pour en faire un 0 Ohms presque idéal (court-circuit) pour tester le fonctionnement de la commande de courant.

La tension d'entrée passe de 0,1 V à 0,5 V et les changements de courant sont reflétés dans l'autre canal. Comme le montre l'image ci-dessous, une entrée de 0,4 V avec 0 tirage de courant est effectivement le deuxième canal pour tirer 400 mA de courant à la sortie 9 V. Le circuit est alimenté par une alimentation 9V.

Vous pouvez également consulter la vidéo au bas de cette page pour un travail détaillé. Il répond en fonction de la tension d'entrée. Par exemple, lorsque la tension d'entrée est de 0,4 V, l'ampli-op répondra pour avoir la même tension de 0,4 V dans sa broche de rétroaction. La sortie de l'amplificateur opérationnel s'allume et contrôle le MOSFET jusqu'à ce que la chute de tension à travers la résistance shunt devienne 0,4V.

La loi d'Ohm est appliquée dans ce scénario. La résistance ne produira une chute de.4V que si le courant à travers la résistance sera de 400mA (.4A). C'est parce que Tension = courant x résistance. Par conséquent,.4V =.4A x 1 Ohm.

Dans ce scénario, si nous connectons une charge (charge résistive) en série comme décrit dans le schéma, entre la borne positive de l'alimentation et la broche de vidange du MOSFET, l'ampli opérationnel allumera le MOSFET et le la même quantité de courant circulera à travers la charge et la résistance en produisant la même chute de tension qu'auparavant.

Ainsi, nous pouvons dire que le courant traversant la charge (le courant provient) est égal au courant traversant le MOSFET qui est également égal au courant traversant la résistance shunt. En le mettant sous une forme mathématique, nous obtenons, Courant fourni à 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, si la tension d'entrée est modifiée, la source de courant à travers la charge changera également. Par conséquent, Courant fourni à la charge = tension d'entrée / résistance de shunt.

Améliorations de la conception

1. L'augmentation de la puissance de la résistance peut améliorer la dissipation thermique à travers la résistance shunt. Pour choisir la puissance de la résistance de shunt, R _w = I ² R peut être utilisé, où R _w est la puissance de la résistance et I est le courant de source maximum, et R est la valeur de la résistance de shunt.
2. Comme pour le LM358, de nombreux circuits intégrés d'amplification opérationnelle ont deux amplificateurs opérationnels dans un seul boîtier. Si la tension d'entrée est trop basse, le deuxième ampli opérationnel inutilisé peut être utilisé pour amplifier la tension d'entrée selon les besoins.
3. Pour améliorer les problèmes thermiques et d'efficacité, des MOSFET à faible résistance à l'état passant peuvent être utilisés avec un dissipateur thermique approprié.