نحوه شبیه سازی منبع جریان کنترل شده با ولتاژ دو سر

در این مقاله قصد داریم تا شما را با نحوه شبیه سازی منبع جریان کنترل شده آشنا کنیم که در اطراف آن یک آمپلی فایر و یک تقویت کننده ابزار دقیق ساخته شده را شرح دهیم و آگاهی نسبتا بیشتری به این موضوع پیدا کنید.

این مقاله، بخشی از مجموعه مدارهای آنالوگ AAC، عملکرد و عملکرد دینامیکی منبع جریان ساخته شده در اطراف یک آمپول و یک تقویت کننده ابزار را بررسی می کند.

توضیحاتی در رابطه با منبع جریان

همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، تقویت کننده ابزار در حلقه بازخورد op-amp باعث می شود که خروجی op-amp یک جریان بار را تولید کند که مستقل از مقاومت در برابر بار باشد.

مدار بالا دقت و عملکرد دینامیکی خوبی را ارائه می دهد و رابطه مستقیمی بین ولتاژ ورودی کنترل کننده و جریان بار تولید شده برقرار می کند.

قبل از شروع کار و عملکرد دینامیکی توپولوژی، به آنچه در مدار LTSPice به نظر می رسد می پردازیم.

پیاده سازی LTspice

نسخه LTspice ما از مدار در زیر نشان داده شده است که می توان از آن یک منبع جریان ساخت.

LTspice شامل اجزای دقیق مورد استفاده در طرح اصلی است و اگر می خواهید آمپلی فایرهای مختلفی را در این مدار بگنجانید، ما توصیه می کنیم قسمت هایی را انتخاب کنید که دارای ماکرومودل های همراه هستند.

همانطور که مشاهده می کنید، پین ۲ و پین ۷ از LT1102 در حال حاضر قطع شده اند. این قسمت را برای سود ثابت ۱۰۰ پیکربندی می کند و تابع انتقال حاصل شده ILOAD = VCNTRL / (100 R R1) است. اگر پین ۲ را به زمین و پین ۷ را به پین ​​۸ وصل کنید، افزایش LT1102 10 خواهد بود، در این صورت تابع انتقال به ILOAD = VCNTRL / (R1 × ۱۰) تبدیل می شود.

ولتاژ کنترلی نشان داده شده در شکل بالا نشان دهنده یک سطح شیب دار است که از -۵ ولت تا ۵+ V در یک دوره ۱۰۰ میلیونی گسترش می یابد. این ولتاژ کنترل برای نشان دادن عملکرد با فرکانس پایین مدار استفاده می شود و به کمک منبع جریان چنین چیزی صورت می گیرد.

عملیات فرکانس پایین / Low-Frequency Operation برای منبع جریان

طرح زیر نشان می دهد که چگونه منبع جریان به یک ولتاژ ورودی به آرامی در حال تغییر واکنش می دهد. همانطور که انتظار می رود، جریان بار به طور خطی از -۵ میلی آمپر به ۵ میلی آمپر افزایش می یابد.

ما می توانیم با اعمال عملکرد انتقال ریاضی بر ولتاژ کنترل، دقت کم فرکانس مدار را تخمین زده و سپس اختلاف بین جریان خروجی نظری و جریان خروجی شبیه سازی شده را ترسیم کنیم و از منبع جریان چیزهای جالبی کشف کنیم.

بنابراین ما در حال بررسی یک خطای تقریبا ۴۵ میکروولتیمتر هستیم که فقط با تغییرات جزئی در محدوده ولتاژ ورودی -۵ ولت تا ۵ ولت همراه است که به کمک منبع جریان صورت گرفته است.

اینطور که معلوم است با توجه به غیر همبستگی های مختلف موجود در این دو آمپلی فایر کاملا مناسب است.

این خطا فرض بر این است که R1 دقیقا ۱۰ Ω است. از آن جا که R1 (در رابطه با به دست آوردن تقویت کننده ابزار دقیق) ثابت بودن تناسب بین ولتاژ کنترل و جریان خروجی را تعیین می کند، اگر می خواهید تابع انتقال واقعی بسیار کم باشد اگر می خواهید تابع انتقال واقعی برای تکرار انتقال نظری استفاده کنید.

از طرف دیگر، اگر این برای یک پروژه یکپارچه یا نمونه اولیه یا مواردی از این دست باشد، می توانید به راحتی مقاومت R1 را اندازه گیری کرده و سپس ولتاژ کنترل خود را بر اساس مقدار مقاومت اندازه گیری شده به جای مقدار ایده آل تولید کنید و منبع جریان خوبی را به دست آورید.

چند مقادیر شبیه سازی بیشتر را با مقادیر مختلف مقاومت در برابر بار اجرا کردم و روند کلی برای افزایش خطا با افزایش مقاومت بار است. به عنوان مثال، خطا در RLOAD = 600 Ω تقریبا ۱۹ میکرو ولت است.

عملکرد پویا / Dynamic Performance

این منبع جریان مبتنی بر بازخورد منفی است، که شامل تاخیری در ارتباط با رفتار settling می شود و تقویت کننده ها دارای محدودیت پهنای باند و محدودیت سرعت کار هستند.

در نتیجه، ما نباید انتظار داشته باشیم که این مدار تغییرات سریع ولتاژ ورودی را به تغییرات به همان نسبت سریع جریان تبدیل کند.

با این حال، همه مواردی که در نظر گرفته شده است، خروجی توانایی خوبی در تولید مثل تغییرات ناگهانی در ولتاژ کنترل دارد و همچنین لازم به ذکر است که این تغییرات ناگهانی باعث زنگ زدگی بیش از حد نمی شوند.

برای شبیه سازی پاسخ پویا، منبع ولتاژ را به پالس تغییر دادیم که از ۰ ولت به ۵ ولت با زمان افزایش / سقوط ۱ میکروگرم منتقل می شود.

سیگنال ورودی در زیر به همراه سیگنال جریان خروجی نشان داده شده است.

یادداشت ابزار Linear Tech، پاسخ پویای این مدار را “به خوبی کنترل شده” و یا به انگلیسی ” well controlled ” توصیف می کند و ما با چنین مسئله ای کاملا موافقت داریم.

جریان خروجی به طور یکنواخت افزایش یافته و کاهش می یابد و شیب ۰.۶۵ میلی آمپر در میکرولیتر چیزی برای ایجاد مشکل ندارد.

یک جزئیات جالبی که ما در رابطه با منبع جریان متوجه شدیم در طرح زیر نشان داده شده است.

پس از افتادن لبه، جریان خروجی برای بازگشت به مقدار مورد انتظار ۰ میلی آمپر طول می کشد.

شما می توانید با کاهش مقدار خازن، این زمان ریکاوری را کوتاه کنید اما این منجر به یک واکنش زودگذر می شود که کمتر “کنترل شده” است و در تصویر زیر، نمونه مثالی را برای شما آورده ایم.

نتیجه گیری

با کمک LTspice، ما اطلاعات مفیدی درباره عملکرد “منبع جریان جیم ویلیامز” جمع آوری کرده ایم.

همانطور که ذکر شد، تصمیم داشتیم تا برای شما در رابطه با شبیه سازی منبع جریان، صحبت کنیم و شما را با این مسئله آشنا کنیم.

هر سوالی در این رابطه داشتید، می توانید از طریق نظرات و یا تماس با ما بپرسید و در کمترین زمان ممکن، پاسخ سوال خود را دریافت کنید.