利用运算放大器设计一种压控电流源电路

在电压控制电流源电路中，顾名思义，输入端的少量电压将按比例控制输出负载的电流。这种类型的电路通常用于电子驱动电流控制器件，如BJT，可控硅等。我们知道，在BJT中，流过晶体管基极的电流控制着晶体管闭合的程度，这种基极电流可以由许多类型的电路提供，一种方法是使用这种电压控制电流源电路。你也可以检查恒流电路，它也可以用来驱动电流控制设备。

在这个项目中，我们将解释如何设计一个使用运算放大器的电压控制电流源，并构建它来演示其工作原理。这种类型的电压控制电流源电路也被称为电流伺服。该电路非常简单，可以用最少数量的元件构成。

运算放大器基础

要了解这个电路的工作原理，就必须知道运算放大器是如何工作的。

上图是一个运算放大器。放大器放大信号，但除了放大信号，它还可以进行数学运算。运算放大器或运算放大器是模拟电子学的支柱，用于许多应用，如求和放大器，差分放大器，仪表放大器，运算放大器积分器等。

如果我们仔细观察上面的图像，就会发现有两个输入和一个输出。这两个输入有正号和负号。正输入称为非反相输入，负输入称为反相输入。

放大器工作的第一条规则是使这两个输入之间的差始终为零。为了更好地理解，让我们看看下面的图片

上述放大电路是电压跟随器电路。输出连接在负端，使其成为一个1x增益放大器。因此，输入端给定的电压在输出端可用。

如前所述，运算放大器使两个输入的微分为0。由于输出端与输入端相连，运算放大器将产生与另一个输入端相同的电压。因此，如果在输入端给出5V，由于放大器输出连接在负端，它将产生5V，最终证明5V - 5V = 0规则。这发生在所有放大器的负反馈操作中。

电压控制电流源的设计

按照同样的规则，让我们看看下面的电路。

现在，运算放大器的输出不是直接连接到负输入，而是通过N沟道MOSFET连接的分流电阻产生负反馈。运算放大器输出通过Mosfet栅极连接。

我们假设，在运放的正输入端有1V的输入。运算放大器将不惜任何代价使负反馈路径为1V。输出将打开MOSFET以在负端获得1V。并联电阻器的规则是根据欧姆定律产生降电压，V= IR。因此，如果1A的电流流过1欧姆电阻，将产生1V的降电压。

运算放大器将使用这个降电压并获得所需的1V反馈。现在，如果我们连接一个需要电流控制的负载，我们可以使用这个电路并将负载放置在适当的位置。

运放电压控制电流源的详细电路图见下图

构建

为了构造这个电路，我们需要一个运算放大器。LM358是一个非常便宜，容易找到的运算放大器，它是这个项目的完美选择，但是，它在一个封装中有两个运算放大器通道，但我们只需要一个。我们以前已经构建了许多基于LM358的电路，您也可以查看它们。下图是LM358引脚图的概述。

接下来，我们需要一个N沟道MOSFET，对于使用IRF540N，其他MOSFET也可以工作，但请确保MOSFET封装在需要时可以选择连接额外的散热器，并且需要仔细考虑根据需要选择适当的MOSFET规格。IRF540N引脚如下图所示

第三个要求是并联电阻。我们用10欧姆2瓦的电阻。另外需要两个电阻，一个用于MOSFET栅极电阻，另一个是反馈电阻。这两个是减少载荷效应所必需的。然而，这两个电阻之间的下降是可以忽略不计的。

现在，我们需要一个电源，它是一个工作台电源。台架电源有两个通道。其中一个，第一通道用于为电路提供电源，另一个是第二通道，用于提供可变电压来控制电路的源电流。由于控制电压是从外部源施加的，两个通道需要处于相同的电位，因此第二个通道的接地端子穿过第一通道的接地端子连接。

然而，这个控制电压可以从使用任何类型的电位器的可变分压器给出。在这种情况下，一个电源就足够了。因此，需要下列元件来制造电压控制的可变电流源

•运算放大器LM358)

•MOSFET (IRF540N)

•分流电阻(1欧姆)

•1 k电阻

•10 k电阻

•电源(12V)

•电源单元

•面包板和额外的连接线

电压控制电流源工作

电路是在面包板中构造的，用于测试，如下图所示。负载不连接在电路中，使其接近理想的0欧姆(短路)，用于测试电流控制操作。

输入电压从0.1V变为0.5V，电流的变化反映在另一个通道上。如下图所示，0.4V输入，0电流输出，有效地使第二通道在9V输出下吸取400mA电流。电路使用9V电源供电。

您还可以查看本页底部的视频以了解详细工作。它的响应取决于输入电压。例如，当输入电压为0.4 v时，运算放大器将响应其反馈引脚具有相同的0.4 v电压。运算放大器的输出导通并控制MOSFET，直到通过分流电阻的电压降变为0.4 v。

欧姆定律适用于这种情况。如果通过电阻的电流为400mA (. 4a)，则电阻仅产生0.4 v降。这是因为电压=电流x电阻。因此，0.4 v = . 4a × 1欧姆。

在这种情况下，如果我们像原理图中所描述的那样串联一个负载(电阻负载)，在电源的正极和MOSFET的漏极引脚之间，运算放大器将打开MOSFET，并且通过产生与以前相同的压降，相同数量的电流将流过负载和电阻。

因此，我们可以说通过负载的电流(电流是源的)等于通过MOSFET的电流，也等于通过分流电阻的电流。把它化成数学形式，我们得到，

如前所述，电压降将与运放两端的输入电压相同。因此，如果输入电压发生变化，通过负载的电流源也会发生变化。因此,

改进设计

1.电阻瓦数的增加可以改善并联电阻间的散热。选择分流电阻的瓦数可以用Rw = I2R，其中Rw为电阻瓦数，I为最大源电流，R为分流电阻的值。

2.与LM358一样，许多运放ic在单个封装中具有两个运放。如果输入电压过低，第二个未使用的运算放大器可以根据需要放大输入电压。

3.为了改善热和效率问题，低导通电阻mosfet可以与适当的散热器一起使用。

本文编译自circuitdigest