- Sabit Akım Alıcı Devresi nedir?
- Op-Amp kullanarak voltaj kontrollü akım düşürücü
- İnşaat
- Gerilim Kontrollü Akım Alıcı Devresi Çalışıyor
- Tasarım İyileştirmeleri
Akım Kaynağı ve Akım düşüşü, elektronik tasarımında kullanılan iki ana terimdir, bu iki terim, bir terminalden ne kadar akımın çıkabileceğini veya girebileceğini belirler. Örneğin, tipik bir 8051 Mikroişlemci dijital çıkış pininin lavabo ve kaynak akımı sırasıyla 1.6mA ve 60uA'dır. Bu, pinin Yüksek yapıldığında 60uA'ya kadar (kaynak) sağlayabileceği ve Düşük yapıldığında 1,6mA'ya kadar alabileceği (batabileceği) anlamına gelir. Devre tasarımımız sırasında, bazen kendi akım kaynağımızı ve akım düşürücü devrelerimizi inşa etmemiz gerekir. Önceki eğitimde, akımı bir yüke kaynaklamak için kullanılabilecek ortak op-amp ve MOSFET kullanarak Gerilim kontrollü bir akım kaynağı devresi oluşturduk, ancak bazı durumlarda kaynak akımı yerine bir akım düşürme seçeneğine ihtiyacımız olacak.
Bu nedenle, bu eğitimde, voltaj kontrollü sabit akım düşürücü devrenin nasıl oluşturulacağını öğreneceğiz. Adından da anlaşılacağı gibi, Voltaj kontrollü sabit akım düşürme devresi, uygulanan voltaja bağlı olarak içinden batan akım miktarını kontrol eder. Devre yapımına devam etmeden önce, sabit akım düşürme devresini anlayalım.
Sabit Akım Alıcı Devresi nedir?
Sabit akım düşürücü devre, giriş voltajı değişmediği sürece yük direncine bakılmaksızın akımı çeker. 1V girişten güç alan 1-ohm dirençli bir devre için sabit akım Ohm Yasasına göre 1A'dır. Ancak, Ohm yasası bir devreden ne kadar akım geçtiğine karar verirse, neden Sabit akım kaynağına ve akım düşürme devresine ihtiyacımız var?
Yukarıdaki görüntüden de görebileceğiniz gibi, bir Akım kaynağı devresi yükü sürmek için akım sağlar. Alınan akım yükünün miktarı, bir güç kaynağı görevi gördüğü için mevcut kaynak devresi tarafından kararlaştırılacaktır. Benzer şekilde, akım düşürme devresi bir toprak gibi davranır, yine yükün aldığı akım miktarı, akım düşürücü devre tarafından kontrol edilecektir. Temel fark, kaynak devresinin yüke yeterli akım kaynağına (beslemesine) sahip olması, lavabo devresinin ise akımı devre boyunca sınırlaması gerektiğidir.
Op-Amp kullanarak voltaj kontrollü akım düşürücü
Voltaj kontrollü sabit akım düşürücü devre, daha önce inşa ettiğimiz voltaj kontrollü akım kaynağı devresiyle tam olarak aynı şekilde çalışır.
Akım alıcı devresi için op-amp bağlantısı değiştirilir, yani negatif giriş bir şönt direncine bağlanır. Bu, op-amp'e gerekli olumsuz geri bildirimi sağlayacaktır. Ardından Op-amp çıkışına bağlı bir PNP transistörümüz var, böylece op-amp çıkış pini PNP transistörünü çalıştırabilir. Şimdi, bir Op-Amp'ın her iki girişteki (pozitif ve negatif) voltajı eşit yapmaya çalışacağını daima unutmayın.
Diyelim ki, 1V girişi op-amp'in pozitif girişi boyunca verildi. Op-amp şimdi diğer negatif girişi de 1V olarak yapmaya çalışacaktır. Ama bu nasıl yapılabilir? Op-amp'in çıkışı, transistörü diğer girişin Vsupply'ımızdan 1V alacağı şekilde açacaktır.
Şönt direnci, Ohm kanunu, V = IR uyarınca bir düşme voltajı üretecektir. Bu nedenle, transistörden 1A akım akışı, 1V'luk bir düşüş voltajı oluşturacaktır. PNP transistörü bu 1A akımı batıracak ve op-amp bu voltaj düşüşünü kullanacak ve istenen 1V geri bildirimi alacaktır. Bu şekilde, giriş voltajını değiştirmek Tabanı ve şönt dirençten geçen akımı kontrol edecektir. Şimdi, devremize kontrol edilmesi gereken yükü tanıtalım.
Gördüğünüz gibi, Op-Amp kullanarak Voltaj kontrollü akım düşürücü devreler tasarladık. Ancak pratik gösterim için Vin'e değişken voltaj sağlamak için bir RPS kullanmak yerine bir potansiyometre kullanalım. Aşağıda gösterilen potansiyometrenin, 0V ile Vsupply (+) arasında değişken bir voltaj sağlamak için potansiyel bir bölücü olarak çalıştığını zaten biliyoruz.
Şimdi devreyi oluşturalım ve nasıl çalıştığını kontrol edelim.
İnşaat
Önceki eğitimde olduğu gibi, LM358'i çok ucuz, bulunması kolay ve yaygın olarak temin edilebildiği için kullanacağız. Bununla birlikte, bir pakette iki op-amp kanalı var, ancak sadece bir tanesine ihtiyacımız var. Daha önce birçok LM358 tabanlı devre yaptık ve bunları kontrol edebilirsiniz. Aşağıdaki görüntü LM358 pin şemasına genel bir bakıştır.
Daha sonra bir PNP transistörüne ihtiyacımız var, BD140 bu amaçla kullanılıyor. Diğer Transistörler de çalışacaktır, ancak ısı dağılımı bir sorundur. Bu nedenle, Transistör paketinin ek bir ısı emici bağlama seçeneğine sahip olması gerekir. BD140 pin çıkışı aşağıdaki resimde gösterilmektedir -
Diğer bir önemli bileşen Şönt Dirençtir. Bu proje için 47ohm 2watt dirence bağlı kalalım. Detay gerekli bileşenler aşağıdaki listede açıklanmıştır.
- Op-amp (LM358)
- PNP Transistörü (BD140)
- Şönt Direnci (47 Ohm)
- 1k direnç
- 10k direnç
- Güç kaynağı (12V)
- 50k potansiyometre
- Ekmek Tahtası ve ek bağlantı telleri
Gerilim Kontrollü Akım Alıcı Devresi Çalışıyor
Devre, aşağıdaki resimde görebileceğiniz gibi test amaçlı basit bir devre tahtasında inşa edilmiştir. Sabit akım tesisini test etmek için, direnç yükü olarak farklı dirençler kullanılır.
Giriş voltajı potansiyometre kullanılarak değiştirilir ve mevcut değişiklikler yüke yansıtılır. Aşağıdaki görselde görüldüğü gibi yük tarafından 0.16A akım batmıştır. Ayrıca bu sayfanın altında bağlantısı verilen videodaki ayrıntılı çalışmayı da kontrol edebilirsiniz. Peki devrenin içinde tam olarak ne oluyor?
Daha önce tartışıldığı gibi, 8V girişi sırasında, op-amp, geri besleme pininde 8V için şönt direnç boyunca voltaj düşüşü yapacaktır. Op-amp'in çıkışı, şönt direnci 8V'luk bir düşüş üretene kadar Transistörü açacaktır.
Ohm yasasına göre, direnç yalnızca akım akışı 170mA (.17A) olduğunda 8V'luk bir düşüş üretecektir. Bunun nedeni Voltaj = akım x dirençtir. Bu nedenle, 8V =.17A x 47 Ohm. Bu senaryoda, şemada gösterildiği gibi seri bağlı olan bağlı direnç yükü de akımın akışına katkıda bulunacaktır. Op-amp transistörü açacak ve şönt direnci ile aynı miktarda akım zemine batacaktır.
Şimdi, eğer voltaj sabitse, dirençli yük ne olursa olsun bağlanırsa, akım akışı aynı olacaktır, aksi takdirde op-amp üzerindeki voltaj, giriş voltajı ile aynı olmayacaktır.
Böylece yükten geçen akımın (akım battı) Transistörden geçen akıma eşit olduğunu söyleyebiliriz ki bu da şönt dirençten geçen akıma eşittir. Dolayısıyla, yukarıdaki denklemi yeniden düzenleyerek, Yük tarafından akım azalması = Gerilim düşüşü / Şönt Direnci.
Daha önce tartışıldığı gibi, voltaj düşüşü, op-amp boyunca giriş voltajı ile aynı olacaktır. Bu nedenle, Yük tarafından akım düşmesi = Giriş voltajı / Şönt Direnci.
Giriş voltajı değiştirilirse, yükün içinden geçen akım da değişecektir.
Tasarım İyileştirmeleri
- Isı dağılımı daha yüksekse, şönt direnci watt değerini artırın. Şönt direncinin watt değerini seçmek için, R w = I 2 R kullanılabilir, burada R w direnç watt ve I maksimum akım akışı ve R şönt direncinin değeridir.
- LM358, tek bir pakette iki op-ampere sahiptir. Bunun dışında, birçok op-amp IC'sinin tek bir pakette iki op-amp'i vardır. Giriş voltajı çok düşükse, giriş voltajını gerektiği gibi yükseltmek için ikinci op-amp kullanılabilir.