如何使用运算放大器构建压控恒流吸收电路

　　电流源和电流吸收器是电子设计中使用的两个主要术语，这两个术语决定了有多少电流可以离开或进入终端。例如，典型的8051 微控制器数字输出引脚的灌电流和拉电流分别为 1.6mA 和 60uA。这意味着该引脚在设为高电平时可提供（源）高达 60uA 的电流，而在设为低电平时可接收（吸收）高达 1.6mA 的电流。在我们的电路设计过程中，有时我们必须构建自己的电流源和电流吸收器电路。

　　在本教程中，我们将学习如何构建压控恒流吸收电路。顾名思义，电压控制的恒流吸收电路根据施加的电压控制通过它的电流量。在进一步进行电路构建之前，让我们了解一下恒流吸收电路。

　　什么是恒流吸收电路？

　　只要输入电压不变，恒流吸收电路实际上会吸收电流，而与负载电阻无关。对于电阻为 1 欧姆的电路，使用 1V 输入供电，根据欧姆定律，恒定电流为 1A 。但是，如果欧姆定律决定了有多少电流流过电路，那么为什么我们需要恒流源和电流吸收电路呢？

　　从上图中可以看出，电流源电路提供电流来驱动负载。由于电流源电路充当电源，因此接收的电流负载量将由电流源电路决定。类似地，电流吸收电路就像接地一样，负载接收的电流量将再次由电流吸收电路控制。主要区别在于源电路必须向负载提供（提供）足够的电流，而接收电路必须仅限制通过电路的电流。

　　使用运算放大器的压控电流吸收器

　　压控恒流灌电路的工作方式与我们之前构建的压控电流源电路完全相同。

　　对于电流吸收电路，运算放大器的连接发生了变化，即负输入连接到分流电阻。这将为运算放大器提供必要的负反馈。然后我们有一个PNP 晶体管，它连接在运算放大器输出端，以便运算放大器输出引脚可以驱动 PNP 晶体管。现在，请始终记住，运算放大器会尝试使两个输入（正负）的电压相等。

　　假设在运算放大器的正输入端给出 1V 输入。运算放大器现在将尝试将另一个负输入也设为 1V。但是如何做到这一点呢？运算放大器的输出将打开晶体管，而另一个输入将从我们的 Vsupply 获得 1V。

　　根据欧姆定律，分流电阻器将产生压降，V= IR。因此，1A 的电流流过晶体管会产生 1V 的压降。PNP 晶体管将吸收这 1A 的电流，而运算放大器将使用此电压降并获得所需的 1V 反馈。这样，改变输入电压将控制基极以及通过分流电阻器的电流。现在，让我们介绍必须控制到我们电路中的负载。

　　如您所见，我们已经设计了使用运算放大器的电压控制电流吸收电路。但为了实际演示，我们不使用 RPS 为 Vin 提供可变电压，而是使用电位计。我们已经知道，下图所示的电位器可用作分压器，以提供 0V 至 Vsupply（+） 之间的可变电压。

　　现在，让我们构建电路并检查它是如何工作的。

　　建造

　　与上一个教程相同，我们将使用 LM358，因为它非常便宜、容易找到且广泛可用。然而，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。我们之前已经构建了许多 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PNP晶体管，BD140就是用来做这个的。其他晶体管也可以工作，但散热是一个问题。因此，晶体管封装需要有连接额外散热器的选项。BD140 引脚如下图所示 –

　　另一个主要组件是分流电阻器。让我们为这个项目坚持使用 47ohms 2watt 电阻器。详细所需的组件在下面的列表中进行了描述。

　　运算放大器 （LM358）

　　PNP 晶体管 （BD140）

　　分流电阻器（47 欧姆）

　　1k电阻

　　10k电阻

　　电源 （12V）

　　50k电位器

　　面包板和额外的连接线

　　压控电流吸收电路工作

　　该电路构建在一个简单的面包板上，用于测试目的，如下图所示。为了测试恒流设备，使用不同的电阻器作为阻性负载。

　　使用电位器改变输入电压，电流变化反映在负载中。如下图所示，负载吸收了 0.16A 电流。您还可以在本页底部链接的视频中查看详细工作。但是，电路内部究竟发生了什么？

　　如前所述，在 8V 输入期间，运算放大器将在其反馈引脚中使分流电阻上的电压降为 8V。运算放大器的输出将打开晶体管，直到分流电阻器产生 8V 压降。

　　根据欧姆定律，当电流为 170mA （.17A） 时，电阻器只会产生 8V 压降。这是因为电压 = 电流 x 电阻。因此，8V = .17A x 47 欧姆。在这种情况下，如图所示串联的连接电阻负载也将有助于电流的流动。运算放大器将打开晶体管，并且与分流电阻器相同的电流量将流入地面。

　　现在，如果电压是固定的，无论连接什么电阻负载，电流都会相同，否则，运算放大器两端的电压将与输入电压不同。

　　因此，我们可以说通过负载的电流（电流吸收）等于通过晶体管的电流，也等于通过分流电阻器的电流。因此，通过重新排列上述等式，

　　负载的电流吸收 = 电压降 / 分流电阻。

　　如前所述，电压降将与运算放大器的输入电压相同。所以，

　　负载吸收电流 = 输入电压 / 分流电阻。

　　如果输入电压改变，通过负载的电流吸收也会改变。

　　设计改进

　　如果散热较高，则增加分流电阻的瓦数。为了选择分流电阻的功率，可以使用R w = I 2 R ，其中R w是电阻功率，I是最大电流，R是分流电阻的值。

　　LM358 在单个封装中具有两个运算放大器。除此之外，许多运算放大器 IC 在单个封装中具有两个运算放大器。如果输入电压太低，可以使用第二个运算放大器根据需要放大输入电压。