전압 제어 전류 소스 회로에서 이름에서 알 수 있듯이 입력 양단의 전압은 출력 부하 전체의 전류 흐름을 비례 적으로 제어합니다. 이러한 유형의 회로는 BJT, SCR 등과 같은 전류 제어 장치 를 구동 하기 위해 전자 제품에서 일반적으로 사용됩니다. BJT에서 트랜지스터의베이스를 통해 흐르는 전류가 트랜지스터가 닫히는 정도를 제어하고이베이스 전류가 제공 될 수 있음을 알고 있습니다. 여러 유형의 회로에서 한 가지 방법은이 전압 제어 전류 소스 회로를 사용하는 것 입니다. 전류 제어 장치를 구동하는 데에도 사용할 수있는 정전류 회로를 확인할 수도 있습니다.
이 프로젝트에서는 연산 증폭기를 사용하여 전압 제어 전류 소스를 설계하고 작동을 시연하기 위해 구축하는 방법을 설명합니다. 이러한 유형의 전압 제어 전류 소스 회로를 전류 서보 라고도합니다. 회로는 매우 간단하며 최소한의 구성 요소로 구성 할 수 있습니다.
연산 증폭기의 기초
이 회로의 작동을 이해하려면 연산 증폭기의 작동 방식을 알아야합니다.
위의 이미지는 단일 연산 증폭기입니다. 증폭기는 신호를 증폭하지만 신호를 증폭하는 것 외에 수학적 연산을 수행 할 수도 있습니다. O p-amp 또는 Operational Amplifier 는 Analog Electronics의 중추이며 Summing Amplifier, Differential Amplifier, Instrumentation Amplifier, Op-Amp Integrator 등과 같은 많은 응용 분야에서 사용됩니다.
위의 이미지를 자세히 보면 두 개의 입력과 하나의 출력이 있습니다. 이 두 입력에는 + 및-기호가 있습니다. 양의 입력을 비 반전 입력이라고하고 음의 입력을 반전 입력이라고합니다.
앰프가 작동하는 데 사용되는 첫 번째 규칙은이 두 입력 간의 차이를 항상 0으로 만드는 것입니다. 더 나은 이해를 위해 아래 이미지를 보겠습니다.
위의 증폭기 회로는 전압 팔로워 회로입니다. 출력은 음극 단자에 연결되어 1x 이득 증폭기가됩니다. 따라서 입력에 주어진 전압은 출력에 걸쳐 사용할 수 있습니다.
앞서 논의했듯이 연산 증폭기는 두 입력 0을 구분합니다. 출력이 입력 단자에 연결되면 연산 증폭기는 다른 입력 단자에 제공되는 동일한 전압을 생성합니다. 따라서 입력에 5V가 주어지면 증폭기 출력이 네거티브 단자에 연결되어 5V가 생성되어 결국 규칙 5V – 5V = 0을 증명합니다. 이는 증폭기의 모든 네거티브 피드백 작동에 대해 발생합니다.
전압 제어 전류 소스 설계
같은 규칙으로 아래 회로를 보자.
이제 네거티브 입력에 직접 연결된 연산 증폭기의 출력 대신 네거티브 피드백이 N 채널 MOSFET에 연결된 션트 저항에서 파생됩니다. 연산 증폭기 출력은 Mosfet 게이트를 통해 연결됩니다.
연산 증폭기의 양의 입력에 1V 입력이 제공된다고 가정 해 보겠습니다. 연산 증폭기는 어떤 비용으로도 네거티브 피드백 경로를 1V로 만듭니다. 출력은 MOSFET을 켜서 음극 단자에서 1V를 얻습니다. 션트 저항의 규칙은 옴 법칙, V = IR에 따라 강하 전압을 생성하는 것입니다. 따라서 1 Ohm 저항을 통해 1A의 전류가 흐르면 1V 강하 전압이 생성됩니다.
연산 증폭기는이 강하 전압을 사용하고 원하는 1V 피드백을 얻습니다. 이제 작동을 위해 전류 제어가 필요한 부하를 연결하면이 회로를 사용하여 부하를 적절한 위치에 배치 할 수 있습니다.
Op-Amp 전압 제어 전류 소스에 대한 자세한 회로 다이어그램 은 아래 이미지에서 찾을 수 있습니다.
구성
이 회로를 구성하려면 연산 증폭기가 필요합니다. LM358 은 매우 저렴하고 찾기 쉬운 연산 증폭기 이며이 프로젝트에는 완벽한 선택이지만 하나의 패키지에 두 개의 연산 증폭기 채널이 있지만 하나만 필요합니다. 우리는 이전에 많은 LM358 기반 회로를 구축했으며이를 확인할 수도 있습니다. 아래 이미지는 LM358 핀 다이어그램의 개요입니다.
다음으로 N 채널 MOSFET이 필요합니다.이 IRF540N 이 사용되는 경우 다른 MOSFET도 작동하지만 필요한 경우 MOSFET 패키지에 추가 방열판을 연결할 수있는 옵션이 있는지 확인하고 적절한 사양을 선택하기 위해 신중한 고려가 필요한지 확인합니다. 필요에 따라 MOSFET. IRF540N 핀아웃은 아래 이미지에 나와 있습니다.
세 번째 요구 사항은 션트 저항 입니다. 1ohms 2watt 저항을 고수합시다. 추가로 2 개의 저항이 필요합니다. 하나는 MOSFET 게이트 저항 용 이고 다른 하나는 피드백 저항 입니다. 이 두 가지는 로딩 효과를 줄이기 위해 필요합니다. 그러나이 두 저항 사이의 강하는 무시할 수 있습니다.
이제 전원이 필요합니다. 이것은 벤치 전원 공급 장치 입니다. 벤치 전원 공급 장치에는 두 개의 채널이 있습니다. 그중 하나는 첫 번째 채널이 회로에 전력을 공급하는 데 사용되고 다른 하나는 회로의 소스 전류를 제어하기 위해 가변 전압을 제공하는 데 사용되는 두 번째 채널입니다. 제어 전압이 외부 소스에서인가되기 때문에 두 채널 모두 동일한 전위에 있어야하므로 두 번째 채널의 접지 단자는 첫 번째 채널 접지 단자에 연결됩니다.
그러나이 제어 전압은 모든 종류의 전위차계를 사용하여 가변 전압 분배기에서 제공 할 수 있습니다. 이러한 경우 단일 전원 공급 장치로 충분합니다. 따라서 전압 제어 가변 전류 소스를 만들려면 다음 구성 요소가 필요합니다.
- 연산 증폭기 (LM358)
- MOSFET (IRF540N)
- 션트 저항기 (1 옴)
- 1k 저항
- 10k 저항
- 전원 공급 장치 (12V)
- 전원 공급 장치
- 브레드 보드 및 추가 연결 와이어
전압 제어 전류 소스 작동
회로는 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 테스트 목적으로 브레드 보드로 구성됩니다. 전류 제어 작동을 테스트하는 데 거의 이상적인 0 Ohms (단락)가되도록 부하는 회로에 연결되어 있지 않습니다.
입력 전압은 0.1V에서 0.5V로 변경되고 전류 변경은 다른 채널에 반영됩니다. 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 0의 전류 소모를 가진 0.4V 입력은 효과적으로 9V 출력에서 400mA의 전류를 소모하는 두 번째 채널이됩니다. 회로는 9V 전원을 사용하여 전원이 공급됩니다.
이 페이지 하단의 비디오에서 자세한 작업을 확인할 수도 있습니다. 입력 전압에 따라 반응합니다. 예를 들어 입력 전압이.4V 일 때 연산 증폭기는 피드백 핀에서 동일한 전압.4V를 갖도록 응답합니다. 연산 증폭기의 출력은 션트 저항의 전압 강하가.4V가 될 때까지 MOSFET을 켜고 제어합니다.
이 시나리오에서는 옴 법칙이 적용됩니다. 저항을 통과하는 전류가 400mA (.4A) 인 경우 저항은.4V 강하 만 생성합니다. 이것은 전압 = 전류 x 저항 때문입니다. 따라서.4V =.4A x 1 Ohm입니다.
이 시나리오에서 회로도에 설명 된 것과 같이 부하 (저항 부하)를 전원 공급 장치의 양극 단자와 MOSFET의 드레인 핀 사이에 직렬로 연결하면 연산 증폭기가 MOSFET을 켜고 이전과 동일한 전압 강하를 생성하여 동일한 양의 전류가 부하와 저항을 통해 흐릅니다.
따라서 부하를 통과하는 전류 (전류가 공급 됨)는 MOSFET을 통과하는 전류와 동일하며 이는 션트 저항을 통과하는 전류와 동일합니다. 우리가 얻은 수학적 형태로 넣으면
부하로 공급되는 전류 = 전압 강하 / 션트 저항.
앞에서 설명한 것처럼 전압 강하는 연산 증폭기의 입력 전압과 동일합니다. 따라서 입력 전압이 변경되면 부하를 통과하는 전류 소스도 변경됩니다. 그 후, 부하로 공급되는 전류 = 입력 전압 / 션트 저항.
디자인 개선
- 저항기 와트가 증가하면 션트 저항기에서 열 방출이 향상 될 수 있습니다. 션트 저항기의 와트 수를 선택하기 위해 R w = I 2 R을 사용할 수 있습니다. 여기서 R w 는 저항기 와트이고 I 는 최대 소스 전류이고 R 은 션트 저항기의 값입니다.
- LM358과 마찬가지로 많은 연산 증폭기 IC에는 단일 패키지에 두 개의 연산 증폭기가 있습니다. 입력 전압이 너무 낮 으면 두 번째 미사용 연산 증폭기를 사용하여 필요에 따라 입력 전압을 증폭 할 수 있습니다.
- 열 및 효율 문제를 개선하기 위해 적절한 방열판과 함께 낮은 온 저항 MOSFET을 사용할 수 있습니다.