Удобно контролировать ток нагрузки с помощью преобразователя напряжения в ток
Эта статья, входящая в состав аналоговой цепи AAC, представляет собой простой способ точно контролировать ток через светодиод (или через типичную резистивную нагрузку).
Как вы, наверное, заметили, реальный электронный дизайн имеет тенденцию демонстрировать определенное доминирование напряжения над током. Я имею в виду следующее: стабильные источники напряжения являются общими и широко доступны, тогда как для создания чего-либо, приближающегося к идеальным источникам тока, которые появляются в теоретических схемах, требуется некоторое усилие. Следовательно, ток, протекающий через нагрузку, обычно определяется амплитудой приложенного напряжения и вольт-амперными характеристиками нагрузки. В случае обычной резистивной нагрузки отношение тока и напряжения является просто сопротивлением. Таким образом, ток равен напряжению, деленному на сопротивление. Если сопротивление нагрузки изменяется, ток нагрузки изменяется пропорционально.
Обычно это нормально, но есть ситуации, когда мы хотим прямо указать ток, независимо от характеристик нагрузки. В таких случаях мы можем использовать преобразователь напряжения к току (VCC), который по существу является источником тока с контролируемым напряжением. Мы генерируем сигнал напряжения в соответствии с нашими типичными методами, затем мы используем VCC для генерации тока, который зависит только от этого входного напряжения.
Приложения
Я не могу придумать слишком много ситуаций, в которых вам нужно будет использовать VCC для тщательного контроля тока через резистивную нагрузку. На самом деле, на данный момент я не могу думать ни о чем (не стесняйтесь оставлять комментарий, если вы можете помочь мне здесь …). Линейный характер отношения тока и напряжения резистора делает преобразование тока в напряжение несколько избыточным: (напрямую) увеличение напряжения имеет, как правило, тот же эффект, что и использование напряжения для увеличения тока.
Однако нет никаких сомнений в том, что VCC - очень удобная схема, когда вы работаете с светоизлучающими диодами. Светодиод (являющийся диодом) имеет нелинейные вольт-амперные характеристики, и поскольку количество световой энергии, генерируемой светодиодом, определяется проходящим через него током, напряжение отнюдь не является прямым способом контролировать яркость.
Этот вопрос обсуждается в этой технической записке, а также в этой статье проекта. Если вы прочитаете проект, вы увидите, что я использовал простую схему ОУ в качестве преобразователя напряжения в ток:
Фактически, я использовал три таких схемы для создания «однопиксельного» цветного дисплея с использованием светодиода RGB. В этой статье я покажу вам другую схему, которая выполняет одно и то же. Как они сравнивают «// www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1957« target = "_ blank"> удивительно нетривиальная задача нейтрализации неиспользуемого усилителя. Я бы не сказал, что одна из этих схем строго лучше, чем другая, но есть одно важное различие, которое я объясню в следующем разделе.
Анализ
Вот схема:
Рассмотрим функциональность, прежде чем мы посмотрим на графики моделирования. Схема состоит более или менее из двух взаимосвязанных последователей напряжения; Я говорю «более или менее», потому что один из последователей имеет диод в пути обратной связи. Последователь на дне имеет заземление в качестве входного напряжения, поэтому выходное напряжение, а следовательно, и напряжение на инвертирующей входной клемме составляет 0 В. Это означает, что нижняя клемма R1 всегда будет равна 0 В.
Из «виртуального короткого» приближения мы знаем, что два входных терминала ОУ будут иметь одинаковое напряжение. Это означает, что напряжение на верхней клемме R1 равно управляющему напряжению, и, следовательно, ток через R1 всегда равен V CONTROL / R1. Но каков источник этого тока? Это, конечно, не может быть вызвано инвертирующим входным терминалом U1, и единственной другой возможностью является выходной терминал U1. Таким образом, ток, текущий от выхода U1, всегда равен V CONTROL / R1, и, следовательно, ток через диод всегда равен V CONTROL / R1. То же самое можно было бы применить, если бы диод был заменен резистором или даже индуктором. Другими словами, эта схема используется для точного управления током, протекающим через компонент, который помещен в канал обратной связи U1.
Основное различие между этой схемой и схемой однооперационного усилителя, используемой в проекте с одним пиксельным цветом, заключается в следующем: схема с двумя операционными усилителями является дифференциальной, тогда как схема с одним операционным усилителем является одиночной -ended. В схеме с одним усилителем на входе всегда ссылаются на землю. Конфигурация dual-op-amp позволяет управлять током нагрузки с использованием дифференциального напряжения; это показано на следующей принципиальной схеме, где неинвертирующий терминал U2 стал вторым входом, а не прямым соединением с землей.
Вот реализация LTspice, за которой следуют два графика. Во-первых, вы можете видеть только одну трассу, потому что две трассы (входное напряжение и ток нагрузки) идеально перекрываются. Во втором сюжете я помещаю два следа в отдельные панели. Эти графики подтверждают, что ток нагрузки тщательно следует входному напряжению, несмотря на сложные вольт-амперные характеристики диода, и что соотношение между входным напряжением и током нагрузки действительно является (приятно простым) уравнением, описанным выше, т. Е. I L = V IN / R1.
Вывод
В статье представлена и объясняется простая, но эффективная схема использования сигнала напряжения для точного управления током через компонент нагрузки. Эта конфигурация более универсальна, чем схема, которую я использовал ранее, потому что она принимает дифференциальные входные напряжения. Однако помните, что не каждый операционный усилитель имеет входные сигналы от шины к рельсу; если отрицательное питание составляет 0 В, некоторые операционные усилители не будут совместимы с версией VCC с заземленным вводом, обсуждаемой в этой статье.
Если вы хотите немного сэкономить, вы можете загрузить мою схему LTspice, нажав на оранжевую кнопку.
Схема LTspice