顧名思義，在壓控電流源電路中，輸入端的少量電壓將按比例控制輸出負載上的電流。這種類型的電路通常用于電子設備中，用于驅動BJT、SCR等電流控制器件。我們知道，在 BJT 中，流過晶體管基極的電流控制著晶體管閉合的程度，可以提供此基極電流由多種電路組成，一種方法是使用這種壓控電流源電路。您還可以檢查也可用于驅動電流控制設備 的恒流電路。

　　在這個項目中，我們將解釋如何設計和構建使用運算放大器的壓控電流源以展示其工作原理。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。

　　運算放大器的基礎知識

　　要了解該電路的工作原理，必須了解運算放大器的工作原理。

　　上圖是單個運算放大器。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。運算放大器或運算放大器 是 模擬電子的支柱， 用于許多應用，例如 求和放大器、 差分放大器、 儀表放大器、運算放大器積分器等。

　　如果我們仔細看上圖，有兩個輸入和一個輸出。這兩個輸入有 + 和 - 號。正輸入稱為同相輸入，負輸入稱為反相輸入。

　　放大器用于工作的第一條規則是使這兩個輸入之間的差異始終為零。為了更好地理解，讓我們看下圖 -

　　上述放大電路是電壓跟隨器電路。輸出連接在負端，使其成為 1 倍增益放大器。因此，輸入端提供的電壓可用于輸出端。

　　如前所述，運算放大器對兩個輸入進行微分 0。由于輸出連接到輸入端，運算放大器將產生與另一個輸入端提供的相同電壓。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。放大器的所有負反饋操作都會發生這種情況。

　　設計壓控電流源

　　按照同樣的規則，讓我們看看下面的電路。

　　現在，不是將運算放大器的輸出直接連接到負輸入，而是從連接在N 溝道 MOSFET上的分流電阻器獲得負反饋。運算放大器輸出跨過 Mosfet 柵極。

　　假設在運算放大器的正輸入端給出 1V 輸入。運算放大器將不惜一切代價使負反饋路徑達到 1V。輸出將打開 MOSFET 以在負端獲得 1V。分流電阻器的規則是根據歐姆定律產生壓降，V=IR。因此，如果 1A 的電流流過 1 Ohm 的電阻器，則會產生 1V 的壓降。

　　運算放大器將使用此壓降并獲得所需的 1V 反饋。現在，如果我們連接一個需要電流控制才能運行的負載，我們可以使用該電路并將負載放置在適當的位置。

　　運算放大器電壓控制電流源的詳細電路圖可以在下圖中找到 -

　　建造

　　為了構建這個電路，我們需要一個運算放大器。LM358是一款非常便宜且容易找到的運算放大器，它是該項目的完美選擇，但是，它在一個封裝中具有兩個運算放大器通道，但我們只需要一個。我們之前已經構建了許多基于 LM358 的電路，您也可以查看它們。下圖是 LM358 引腳圖的概述。

　　接下來，我們需要一個 N 溝道 MOSFET，因為使用了這個IRF540N，其他 MOSFET 也可以工作，但是如果需要，請確保 MOSFET 封裝可以選擇連接額外的散熱器，并且需要仔細考慮選擇合適的規格MOSFET 根據需要。IRF540N 引腳排列如下圖所示——

　　第三個要求是分流電阻。讓我們堅持使用 1ohms 2watt 電阻器。需要額外的兩個電阻，一個用于 MOSFET柵極電阻，另一個用于反饋電阻。這兩個是降低負載效應所必需的。然而，這兩個電阻之間的壓降可以忽略不計。

　　現在，我們需要一個電源，它是臺式電源。工作臺電源中有兩個通道可用。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。由于控制電壓是從外部源施加的，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跨接在第一通道的接地端上。

　　但是，可以使用任何類型的電位器從可變分壓器給出該控制電壓。在這種情況下，一個電源就足夠了。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

　　壓控電流源工作

　　如下圖所示，該電路構建在面包板上用于測試目的。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。

　　輸入電壓從 0.1V 變為 0.5V，電流變化反映在另一個通道中。如下圖所示，0.4V 輸入和 0 電流消耗有效地成為第二個通道，在 9V 輸出時消耗 400mA 電流。該電路使用 9V 電源供電。

　　您還可以查看此頁面底部的視頻以了解詳細工作。它的響應取決于輸入電壓。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上具有相同的電壓 0.4V。運算放大器的輸出開啟并控制 MOSFET，直到分流電阻上的電壓降變為 0.4V。

　　歐姆定律適用于這種情況。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 = .4A x 1 歐姆。

　　在這種情況下，如果我們將負載（電阻負載）與原理圖中描述的相同，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，并且通過產生與以前相同的電壓降，相同數量的電流將流過負載和電阻器。

　　因此，我們可以說通過負載的電流（電流源）等于通過 MOSFET 的電流，也等于通過分流電阻器的電流。把它放在一個數學形式，我們得到，

　　流入負載的電流 = 電壓降 / 分流電阻。

　　如前所述，電壓降將與運算放大器的輸入電壓相同。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，

　　流入負載的電流 = 輸入電壓 / 分流電阻。

　　設計改進

　　電阻功率的增加可以改善分流電阻的散熱。要選擇分流電阻的功率，可以使用R w = I 2 R ，其中R w是電阻功率，I是最大源電流，R是分流電阻的值。

　　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算放大器來放大輸入電壓。

　　為了改善散熱和效率問題，低導通電阻 MOSFET 可以與適當的散熱器一起使用。