顧名思義，壓控電流源電路是輸入端的少量電壓將按比例控制流經輸出負載的電流。這種類型的電路在電子產品中常用來驅動BJT、SCR等電流控制器件。眾所周知，在BJT中，流經晶體管基極的電流控制著晶體管閉合的數量，可以提供該基極電流對于許多類型的電路，一種方法是使用這種壓控電流源電路。還可以檢查恒流電路，該電路也可用于驅動電流控制設備。在本文中，將介紹使用運算放大器設計和構建電壓控制電流源的工作原理。這種壓控電流源電路也稱為電流伺服。該電路非常簡單，可以用最少數量的元件構成。
1.運算放大器原理
圖1是單個運算放大器。放大器放大信號，但除了放大信號之外，它還可以進行數學運算。并且在許多應用中，可作為加法放大器，差分放大器，儀表放大器，運算放大器積分器等等。如圖所示，運算放大器有兩個輸入和一個輸出。這兩個輸入具有 + 和 - 符號。正輸入稱為同相輸入，負輸入稱為反相輸入。
圖1 單個運算放大器
2.電壓跟隨器電路
圖2 電壓跟隨器電路圖
圖2是放大電路是一個電壓跟隨器電路。輸出連接在負端子上，使其成為 1x 增益放大器。因此，輸入端給出的電壓可用于輸出端。如上所述，運算放大器將兩個輸入的微分設為0。當輸出連接在輸入端子上時，運算放大器將產生與另一個輸入端子上提供的電壓相同的電壓。因此，如果在輸入端提供 5V，當放大器輸出連接到負端子時，它將產生5V，最終證明規則5V– 5V=0。這適用于放大器的所有負反饋操作。
3.設計壓控電流源
如圖3所示，現在不是直接連接到負輸入的運算放大器的輸出，負反饋來自連接在N 溝道MOSFET兩端的分流電阻器。運算放大器輸出連接在Mosfet 門上。讓我們假設，在運算放大器的正輸入端提供1V輸入。運算放大器將不惜一切代價使負反饋路徑為1V。輸出將打開MOSFET以在負端子上獲得1V。分流電阻的規則是根據歐姆定律產生壓降，V= IR。因此，如果1A 電流流過1 歐姆電阻，則會產生 1V壓降。
圖3 負反饋電路
運算放大器將使用此壓降并獲得所需的1V 反饋。現在，如果連接一個需要電流控制才能運行的負載，可以使用該電路并將負載放置在適當的位置。
圖4 電流控制的負載電路
圖5是運算放大器電壓控制電流源的詳細電路圖。
圖5 電壓控制電流源設計電路圖
4.構建電路
為了構建這個電路，需要一個運算放大器。LM358是一款非常便宜、容易找到的運算放大器，它是這個項目的完美選擇，然而，它在一個封裝中有兩個運算放大器通道，但只需要一個。圖6是LM358引腳圖。
圖6 LM358引腳圖
接下來，需要一個N 溝道MOSFET，因為使用了這個IRF540N，其他MOSFET也可以使用，但請確保MOSFET 封裝可以選擇連接額外的散熱器(如果需要)，并且需要仔細考慮選擇合適的規格的MOSFET 根據需要。IRF540N 引腳排列如圖7所示。
圖7 IRF540N引腳排列圖
第三個要求是分流電阻。本文選裝1ohms 2watt 電阻器。另外兩個電阻器是必需的，一個用于MOSFET的柵極電阻，而另一個是所述反饋電阻。這兩個是減少負載效應所必需的。然而，這兩個電阻之間的壓降可以忽略不計。
現在，需要一個電源，它是一個臺式電源。工作臺電源有兩個可用通道。其中一個，第一個通道用于為電路提供電源，另一個是第二個通道，用于提供可變電壓以控制電路的源電流。由于控制電壓是由外部源施加的，因此兩個通道需要處于相同的電位，因此第二通道的接地端連接在第一通道接地端的兩端。
但是，可以使用任何類型的電位器從可變分壓器中提供此控制電壓。在這種情況下，單個電源就足夠了。因此，制作壓控可變電流源需要以下元件：
運算放大器 (LM358)
MOSFET (IRF540N)
分流電阻器(1 歐姆)
1k電阻
10k電阻
電源(12V)
供電單元
面包板和額外的連接線
5.壓控電流源工作
該電路在面包板中構建以進行測試，如圖8所示。電路中未連接負載，使其接近理想的0歐姆(短路)，用于測試電流控制操作。
圖8 電路在面包板測試
輸入電壓從0.1V變為0.5V，電流變化反映在另一個通道中。如9圖所示，電流消耗為0.4V的輸入有效地成為第二個通道，以在9V輸出下消耗400mA的電流。該電路使用9V電源供電。
圖9 電流變化
它根據輸入電壓進行響應。例如，當輸入電壓為0.4V時，運算放大器將響應在其反饋引腳中具有相同的電壓0.4V。運算放大器的輸出打開并控制MOSFET，直到分流電阻上的壓降變為0.4V。在這種情況下應用歐姆定律。如果通過電阻器的電流為400mA (4A)，則電阻器只會產生0.4V的壓降。這是因為電壓 = 電流x電阻。因此，4V= 4Ax1歐姆。
如果像原理圖中描述的那樣串聯一個負載(電阻負載)，在電源的正極端子和MOSFET的漏極引腳之間，運算放大器將打開MOSFET 和通過產生與以前相同的壓降，相同量的電流將流過負載和電阻器。因此，可以說流經負載的電流(源電流)等于流經 MOSFET 的電流，也等于流經分流電阻器的電流。把它放在一個數學形式，得到：
負載的電流=電壓降/分流電阻。
如上所述，壓降將與運算放大器兩端的輸入電壓相同。因此，如果輸入電壓發生變化，通過負載的電流源也會發生變化。因此，
提供給負載的電流= 輸入電壓/分流電阻。
總結
以上基于運算放大器的壓控電流源電路設計介紹了。本設計還需改進：①電阻瓦數的增加可以改善分流電阻兩端的散熱。要選擇分流電阻器的瓦數，可以使用Rw = I2R，其中Rw是電阻器瓦數，I是最大源電流，R是分流電阻器的值;②與LM358 一樣，許多運算放大器IC在單個封裝中具有兩個運算放大器。如果輸入電壓過低，可以根據需要使用第二個未使用的運放對輸入電壓進行放大。③為了改善熱和效率問題，可以使用低導通電阻 MOSFET 和適當的散熱器。
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