Sumidero de corriente programable

Necesito un disipador de corriente que pueda controlar desde un microcontrolador. Debe manejar 5V hasta 4mA más o menos en al menos 256 pasos (más es mejor). Busco un diseño, no tanto un producto completo, por el costo.

ACTUALIZACIÓN # 1: Aquí hay un circuito de trabajo que usa un BJT, probé un MOSFET (2N7000) pero no funcionó como se esperaba. Parece que el control sobre el rango es un poco limitado. Voy a conectar un DAC y trazar los valores de entrada/salida.

Actualización #2: conecté el circuito (100% como en la simulación) y puedo obtener un rango de entre 0,7 mA y 4,7 mA. No exactamente de acuerdo con el plan, pero parece estar llegando allí. ¿Cómo puedo bajar el rango "bajo"? El OP07 tenía un desplazamiento muy bajo.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Necesita un diseño para uno, o necesita un producto terminado? ¿Qué has intentado hasta ahora?
@NickJohnson: prefiero tener un diseño ya que un producto completo puede ser costoso. Estoy tratando de tener un presupuesto muy estricto aquí. Hasta ahora solo estoy buscando en la web posibles soluciones para el prototipo, pero aún no encontré nada.
¿Tu MCU tiene un DAC? ¿Tienes experiencia con opamps?
@Dzarda La MCU no tiene un DAC, sin embargo, podría filtrar una señal PWM para producir una señal de CC; sin embargo, no estoy seguro de qué tan preciso o libre de ondas sería. Tengo experiencia con OA pero no en esta aplicación.
Indique el rango de control total de la corriente que necesita, es decir, 100 uA hasta 4 mA.
¿Su MCU tiene 8 o más líneas IO disponibles?
@WhatRoughBeast Sí, ¿le sugieren un DAC de red R/2R con búfer? :)
Sí. Sin alboroto, sin desorden. Un DAC10 parecería encajar a la perfección.
Es imposible juzgar el mejor enfoque sin algunas especificaciones reales. ¿Qué voltaje máximo se le permite caer al sumidero de corriente? ¿Qué tan rápido tiene que responder? ¿Qué tan preciso debe ser?
Por lo general, es más barato comprar que construir, pero aquí hay un producto cuyo diseño es de código abierto (enlace al costado de la página): tindie.com/products/arachnidlabs/…
@ pjc50 Necesito una solución que quepa en un espacio muy pequeño, y tampoco necesito un disipador de calor con la disipación de calor que espero. Las piezas costarían menos de $ 3 por lo que estoy construyendo.

Respuestas (2)

Construir una carga de corriente constante con un opamp es una forma bastante sencilla de hacer esto. Eche un vistazo al primer diagrama en esta publicación , por ejemplo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Un amplificador operacional ajusta su salida para que el voltaje en sus terminales - y + sea idéntico. En este caso, la entrada negativa es el voltaje a través de una resistencia de detección de corriente (R1) y la salida positiva es el voltaje a través de un potenciómetro. Igualar los dos voltajes significa que la corriente a través de R1, y por lo tanto, su carga, que debe ir donde está "V +" en el esquema, es igual al voltaje en el terminal + dividido por la resistencia de R1.

En este caso, la salida del opamp está impulsando Q1, un FET, porque el FET puede absorber mucha más corriente que el opamp.

Para controlar la carga digitalmente, reemplace R3 y R6 con la salida de un DAC o una salida PWM adecuadamente filtrada. Para una carga más pequeña como 4 mA, querrá una resistencia mucho más grande para R1; el valor de R1 es una compensación entre la precisión que obtiene al usar voltajes establecidos más grandes y la disipación de energía adicional y el voltaje de carga a través de él.

Quizás podría enfatizar que para 4mA no se necesita transistor. Además, al elegir el valor R1, se deben tener en cuenta las características de entrada/salida de riel a riel del opamp.
@Dzarda Pensé en mencionar eso, pero sin el transistor, el amplificador operacional debe proporcionar el suministro positivo al dispositivo, y no quería complicar innecesariamente mi explicación.
El potenciómetro también puede ser un potenciómetro digital, puedes conseguir algunos que sean entradas paralelas de 8 bits o I2C (¡mucho mejor!) y algunos más baratos suelen tener 256 pasos, y pueden ser resistencias lineales o no lineales.
También estoy de acuerdo con @Dzarda para un máximo de 4 mA, no necesita un MOSFET. El MOSFET estaría actuando en la región de resistencia lineal, convirtiéndolo efectivamente en una resistencia controlada por voltaje. Las partes internas del amplificador operacional harán básicamente lo mismo, y la mayoría debería poder hacer más de 20-50 mA.
@Dzarda ¿Cómo propondría hacer un "sumidero de corriente" con solo un amplificador operacional? Me parece que necesita un BJT, JFET o MOSFET, algo con un colector abierto o drenaje.
Lo lamento. Mi idea era falsa, @SpehroPefhany tiene razón, el transistor debe estar allí simplemente para "aislar" la señal de control de la ruta actual. Perdón por engañar. Voy a hacer una respuesta para explicar eso.
@Dzarda No es falso: se podría usar un sumidero de corriente Howland, pero los conjuntos de resistencias coincidentes con precisión son mucho más caros que un transistor (y generalmente tienen un rendimiento peor).
¿Funcionará esto sin un suministro dual?
@ user34920 Sí, absolutamente, siempre que el opamp tenga un rango de entrada que baje a 0v.
@NickJohnson, pero estoy de acuerdo con un poco de "compensación", el opamp no tiene que ser RR, ¿verdad?
@ user34920 El rango de entrada del amplificador operacional debe incluir el riel negativo, como el MCP6002 en el diagrama, pero no es necesario que incluya el riel positivo, y la salida no necesita ser de riel a riel.

No es una respuesta real

Para explicar mis pensamientos con respecto a mis comentarios sobre la respuesta de @NickJohnson, les presento este par de esquemas brutos. Disculpe la incompletitud y la simplificación.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La flecha naranja indica la ruta de corriente deseada. Sin embargo, las flechas rojas significan corrientes falsas que entran y salen del opamp a través de su dispositivo aguas arriba.

Puede usar un amplificador operacional como fuente / sumidero de corriente; consulte la bomba de corriente howland: google.co.uk/...
Sumidero de corriente programable
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