Projete um circuito dissipador de corrente constante simples usando op

Fonte de corrente e dissipador de corrente são dois termos principais usados em projetos eletrônicos. Esses dois termos determinam quanta corrente pode sair ou entrar em um terminal. Por exemplo, a corrente do dissipador e da fonte de um pino de saída digital típico do microcontrolador 8051 é 1,6 mA e 60uA, respectivamente. Significa que o pino pode fornecer (fonte) até 60uA quando definido como alto e pode receber (absorver) até 1,6 mA quando definido como baixo. Durante nosso projeto de circuito, às vezes temos que construir nossos próprios circuitos de fonte e dissipador de corrente. No tutorial anterior, construímos um circuito de fonte de corrente controlada por tensão usando um amplificador operacional comum e MOSFET que pode ser usado para fornecer corrente para uma carga, mas em alguns casos, em vez da fonte de corrente, precisaremos de uma opção de dissipador de corrente.

Portanto, neste tutorial, aprenderemos como construir um circuito dissipador de corrente constante controlado por tensão. Um circuito dissipador de corrente constante controlado por tensão, como o nome sugere, controla a quantidade de corrente que passa por ele com base na tensão aplicada. Antes de prosseguir com a construção do circuito, vamos entender sobre o circuito dissipador de corrente constante.

O que é um circuito dissipador de corrente constante?

Um circuito dissipador de corrente constante, na verdade, absorve corrente independentemente da resistência da carga, desde que a tensão de entrada não seja alterada. Para um circuito com resistência de 1 ohm, alimentado com entrada de 1 V, a corrente constante é 1 A de acordo com a Lei dos Ohms. Mas, se a lei de Ohms decide quanta corrente flui através de um circuito, então por que precisamos de fonte de corrente constante e circuito dissipador de corrente?

Como você pode ver na imagem acima, um circuito de fonte de corrente fornece corrente para conduzir a carga. A quantidade de carga de corrente recebida será decidida pelo circuito da fonte de corrente, pois ele atua como uma fonte de alimentação. Da mesma forma, o circuito dissipador de corrente atua como um aterramento; novamente, a quantidade de corrente que a carga recebe será controlada pelo circuito dissipador de corrente. A principal diferença é que o circuito fonte tem para a fonte (alimentação) corrente suficiente para a carga, enquanto o circuito dissipador tem que limitar a corrente através do circuito.

Dissipador de corrente controlado por tensão usando Op-Amp

O circuito dissipador de corrente constante controlado por tensão funciona exatamente da mesma maneira que o circuito fonte de corrente controlado por tensão que construímos anteriormente.

Para um circuito dissipador de corrente, a conexão do amplificador operacional é alterada, ou seja, a entrada negativa é conectada a um resistor de derivação. Isso fornecerá o feedback negativo necessário para o amplificador operacional. Então nós temos um transistor PNP, que é conectado na saída do amp op para que o pino de saída do amp op possa acionar o transistor PNP. Agora, lembre-se sempre de que um Op-Amp tentará igualar a tensão em ambas as entradas (positiva e negativa).

Vamos supor que a entrada de 1 V é fornecida na entrada positiva do amplificador operacional. O Op-amp agora tentará fazer a outra entrada negativa também como 1V. Mas como isso pode ser feito? A saída do op-amp ligará o transistor de forma que a outra entrada obterá 1V de nosso Vsupply.

O resistor de shunt produzirá uma queda de tensão de acordo com a lei de Ohms, V = IR. Portanto, 1A de fluxo de corrente através do transistor criará uma queda de tensão de 1V. O transistor PNP absorverá este 1A de corrente e o amplificador operacional usará essa queda de tensão e obterá o feedback de 1V desejado. Dessa forma, a alteração da tensão de entrada controlará a Base e também a corrente através do resistor shunt. Agora, vamos introduzir a carga que deve ser controlada em nosso circuito.

Como você pode ver, já projetamos circuitos dissipadores de corrente controlados por tensão usando Op-Amp. Mas para demonstração prática, em vez de usar um RPS para fornecer voltagem variável para Vin, vamos usar um potenciômetro. Já sabemos que o potenciômetro mostrado abaixo funciona como um divisor de potencial para fornecer uma tensão variável entre 0V e Vsupply (+).

Agora, vamos construir o circuito e verificar como funciona.

Construção

Da mesma forma que o tutorial anterior, usaremos o LM358 por ser muito barato, fácil de encontrar e amplamente disponível. No entanto, ele tem dois canais op-amp em um pacote, mas precisamos apenas de um. Já construímos muitos circuitos baseados em LM358, você também pode verificá-los. A imagem abaixo é uma visão geral do diagrama de pinos do LM358.

Em seguida, precisamos de um transistor PNP, o BD140 é usado para este propósito. Outros transistores também funcionarão, mas a dissipação de calor é um problema. Portanto, o pacote do transistor precisa ter uma opção para conectar um dissipador de calor adicional. A pinagem do BD140 é mostrada na imagem abaixo -

Outro componente importante é o Resistor Shunt. Vamos nos concentrar no resistor de 2watt de 47 ohms para este projeto. Os detalhes dos componentes necessários são descritos na lista abaixo.

Op-amp (LM358)
Transistor PNP (BD140)
Resistor Shunt (47 Ohms)
Resistor 1k
Resistor de 10k
Fonte de alimentação (12V)
Potenciômetro 50k
Placa de pão e fios de conexão adicionais

Funcionamento do circuito dissipador de corrente controlada por tensão

O circuito é construído em uma placa de ensaio simples para fins de teste, como você pode ver na imagem abaixo. Para testar a instalação de corrente constante, resistores diferentes são usados como carga resistiva.

A tensão de entrada é alterada usando o potenciômetro e as alterações de corrente são refletidas na carga. Como pode ser visto na imagem abaixo, a corrente 0,16A é reduzida pela carga. Você também pode verificar o funcionamento detalhado no vídeo com link na parte inferior desta página. Mas, o que exatamente está acontecendo dentro do circuito?

Conforme discutido antes, durante a entrada de 8 V, o op-amp fará a queda de tensão através do resistor shunt para 8 V em seu pino de feedback. A saída do amplificador operacional ligará o transistor até que o resistor shunt produza uma queda de 8V.

De acordo com a lei de Ohms, o resistor só produzirá uma queda de 8 V quando o fluxo de corrente for 170 mA (0,17 A). Isso ocorre porque Tensão = corrente x resistência. Portanto, 8 V = 0,17 A x 47 Ohms. Neste cenário, a carga resistiva conectada que está em série conforme mostrado no esquema também contribuirá para o fluxo de corrente. O op-amp ligará o transistor e a mesma quantidade de corrente será direcionada ao solo que o resistor de derivação.

Agora, se a tensão for fixa, qualquer que seja a carga resistiva conectada, o fluxo de corrente será o mesmo, caso contrário, a tensão no amplificador operacional não será a mesma que a tensão de entrada.

Assim, podemos dizer que a corrente que passa pela carga (a corrente é afundada) é igual à corrente que passa pelo transistor que também é igual à corrente que passa pelo resistor shunt. Então, reorganizando a equação acima, Dissipador de corrente pela carga = Queda de tensão / Resistência Shunt.

Conforme discutido antes, a queda de tensão será a mesma que a tensão de entrada no amplificador operacional. Portanto, Dissipador de corrente pela carga = tensão de entrada / resistência shunt.

Se a tensão de entrada for alterada, o dissipador de corrente através da carga também mudará.

Melhorias de design

Se a dissipação de calor for maior, aumente a potência do resistor shunt. Para selecionar a potência do resistor shunt, R _w = I ² R pode ser usado, onde R _w é a potência do resistor e I é o fluxo de corrente máximo e R é o valor do resistor shunt.
O LM358 tem dois amplificadores operacionais em um único pacote. Fora isso, muitos ICs op-amp têm dois op-amps em um único pacote. Se a tensão de entrada for muito baixa, pode-se usar o segundo amplificador operacional para amplificar a tensão de entrada conforme necessário.