Kontrollieren Sie bequem Ihren Laststrom mit einem Spannungs-Stromwandler

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Anonim

Kontrollieren Sie bequem Ihren Laststrom mit einem Spannungs-Stromwandler


Dieser Artikel, der Teil der Analog Circuit Collection von AAC ist, bietet eine einfache Möglichkeit, den Strom durch eine LED (oder durch eine typische ohmsche Last) präzise zu steuern.

Wie Sie wahrscheinlich bemerkt haben, tendiert das reale elektronische Design dazu, eine bestimmte Dominanz der Spannung gegenüber dem Strom zu zeigen. Was ich meine, ist folgendes: Stabile Spannungsquellen sind üblich und weit verbreitet, während es etwas Anstrengung braucht, um etwas zu schaffen, das sich den idealen Stromquellen nähert, die in theoretischen Schaltplänen erscheinen. Folglich wird der durch eine Last fließende Strom im Allgemeinen durch die Amplitude der angelegten Spannung und die Strom-Spannungs-Charakteristik der Last bestimmt. Im Fall einer normalen ohmschen Last ist die Strom-Spannungs-Beziehung einfach der Widerstand. Somit ist der Strom gleich der Spannung geteilt durch den Widerstand. Ändert sich der Lastwiderstand, ändert sich der Laststrom proportional.

Dies ist normalerweise gut, aber es gibt Situationen, in denen wir den Strom unabhängig von den Eigenschaften der Last direkt angeben möchten. In solchen Fällen können wir einen Spannungs-Strom-Wandler (VCC) verwenden, der im Wesentlichen eine spannungsgesteuerte Stromquelle ist. Wir erzeugen ein Spannungssignal nach unseren typischen Methoden, dann erzeugen wir mit dem VCC einen Strom, der nur von dieser Eingangsspannung abhängt.

Anwendungen

Ich kann nicht an zu viele Situationen denken, in denen Sie eine VCC verwenden müssten, um den Strom durch eine ohmsche Last sorgfältig zu steuern. Momentan kann ich mir keinen vorstellen (bitte hinterlassen Sie einen Kommentar, wenn Sie mir hier helfen können …). Die lineare Natur der Strom-Spannungs-Beziehung eines Widerstands macht die Strom-Spannungs-Umwandlung etwas redundant: (direktes) Erhöhen der Spannung hat im Allgemeinen den gleichen Effekt wie das Verwenden einer Spannung, um den Strom zu erhöhen.

Es besteht jedoch kein Zweifel, dass ein VCC eine sehr praktische Schaltung ist, wenn Sie mit Leuchtdioden arbeiten. Eine LED (die eine Diode ist) hat eine nichtlineare Strom-Spannungs-Charakteristik, und da die Menge an Lichtenergie, die von der LED erzeugt wird, durch den durch sie fließenden Strom bestimmt wird, ist die Spannung keineswegs eine einfache Möglichkeit, die Helligkeit zu steuern.

Dieses Problem wird in diesem technischen Dokument und auch in diesem Projektartikel behandelt. Wenn Sie das Projekt durchlesen, sehen Sie, dass ich eine einfache Operationsverstärkerschaltung als Spannungs-Strom-Wandler verwendet habe:

Tatsächlich habe ich drei solcher Schaltungen verwendet, um ein "Einzelpixel" -Farbdisplay unter Verwendung einer RGB-LED zu erzeugen. In diesem Artikel werde ich Ihnen eine andere Schaltung zeigen, die dasselbe bewirkt. Wie vergleichen sie "// www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1957" target = "_ blank"> überraschend nichttriviale Aufgabe der Neutralisierung des ungenutzten Verstärkers. Ich würde nicht sagen, dass eine dieser Schaltungen strikt besser ist als die andere, aber es gibt einen wichtigen Unterschied, den ich im nächsten Abschnitt erklären werde.

Analyse

Hier ist die Schaltung:

Betrachten wir die Funktionalität, bevor wir uns die Simulationsdiagramme anschauen. Die Schaltung besteht mehr oder weniger aus zwei miteinander verbundenen Spannungsfolgern; Ich sage "mehr oder weniger", weil einer der Follower eine Diode im Feedback-Pfad hat. Der Follower auf der Unterseite hat als Eingangsspannung Masse, so dass die Ausgangsspannung und damit auch die Spannung an der invertierenden Eingangsklemme 0 V beträgt. Dies bedeutet, dass der untere Anschluss von R1 immer auf 0 V liegt.

Wir wissen aus der "virtuell kurzen" Näherung, dass die zwei Eingangsanschlüsse eines Operationsverstärkers die gleiche Spannung haben. Dies bedeutet, dass die Spannung am oberen Anschluss von R1 gleich der Steuerspannung ist und somit der Strom durch R1 immer V CONTROL / R1 ist. Aber woher kommt diese Strömung? Es kann sicherlich nicht von der invertierenden Eingangsklemme von U1 stammen, und die einzige andere Möglichkeit ist die Ausgangsklemme von U1. Somit ist der Strom, der von dem Ausgang von U1 fließt, immer V CONTROL / R1, und folglich ist der Strom durch die Diode immer V CONTROL / R1. Das gleiche würde gelten, wenn die Diode durch einen Widerstand oder sogar einen Induktor ersetzt würde. Mit anderen Worten, diese Schaltung wird verwendet, um den Strom genau zu steuern, der durch die Komponente fließt, die in dem Rückkopplungspfad von U1 angeordnet ist.

Der Hauptunterschied zwischen dieser Schaltung und der Ein-Operationsverstärker-Schaltung, die in dem Ein-Pixel-Farbanzeige-Projekt verwendet wird, ist das Folgende: Die Zwei-Operationsverstärker-Schaltung ist differentiell, während die Ein-Operationsverstärker-Schaltung einfach ist -ended In der Ein-Operationsverstärker-Schaltung ist der Eingang immer auf Masse bezogen. Die Konfiguration mit zwei Operationsverstärkern ermöglicht die Steuerung des Laststroms mithilfe einer Differenzspannung. Dies ist im folgenden Schaltplan dargestellt, wo der nicht invertierende Anschluss von U2 eher ein zweiter Eingang als eine direkte Verbindung zu Masse geworden ist.

Hier ist die LTspice-Implementierung, gefolgt von zwei Plots. Im ersten Fall können Sie nur eine Kurve sehen, da sich die beiden Kurven (Eingangsspannung und Laststrom) perfekt überlappen. In der zweiten Handlung lege ich die beiden Spuren in getrennte Scheiben. Diese Kurven bestätigen, dass der Laststrom trotz der komplizierten Strom-Spannungs-Kennlinie der Diode sorgfältig der Eingangsspannung folgt und dass die Beziehung zwischen Eingangsspannung und Laststrom tatsächlich die oben erläuterte (angenehm einfache) Gleichung ist, dh I L = V IN / R1.

Fazit

Der Artikel hat eine einfache und dennoch effektive Schaltung zum Verwenden eines Spannungssignals zum genauen Steuern des Stroms durch eine Lastkomponente dargestellt und erläutert. Diese Konfiguration ist vielseitiger als eine Schaltung, die ich zuvor verwendet habe, weil sie differentielle Eingangsspannungen akzeptiert. Beachten Sie jedoch, dass nicht jeder Operationsverstärker Rail-to-Rail-Eingänge hat. Wenn die negative Versorgung bei 0 V liegt, sind einige Operationsverstärker nicht mit der in diesem Artikel besprochenen geerdeten Eingangsversion des VCC kompatibel.

Wenn Sie sich ein wenig Arbeit ersparen möchten, können Sie meinen LTspice-Schaltplan herunterladen, indem Sie auf den orangen Knopf klicken.

LTspice schematisch