Преобразование сигнала напряжения в ток

В измерительных схемах сигналы постоянного тока часто используются как аналоговые представления физических измерений, таких как температура, давление, расход, вес и движение. Чаще всего это постоянный ток . сигналы используются вместо напряжения постоянного тока сигналов, потому что сигналы тока точно равны по величине во всем контуре последовательной цепи, несущем ток от источника (измерительного устройства) к нагрузке (индикатору, самописцу или контроллеру), тогда как сигналы напряжения в параллельной цепи могут изменяться от одного конца к другому. другое из-за потерь в резистивных проводах. Кроме того, токочувствительные инструменты обычно имеют низкое сопротивление (в то время как датчики напряжения имеют высокое сопротивление), что дает токочувствительным инструментам большую устойчивость к электрическим помехам.

Чтобы использовать ток в качестве аналогового представления физической величины, у нас должен быть какой-то способ генерировать точное количество тока в сигнальной цепи. Но как нам сгенерировать точный сигнал тока, если мы можем не знать сопротивления контура? Ответ состоит в том, чтобы использовать усилитель, предназначенный для удержания тока на заданном значении, подавая необходимое или меньшее напряжение на цепь нагрузки для поддержания этого значения. Такой усилитель выполняет функцию источника тока . . Операционный усилитель с отрицательной обратной связью - идеальный кандидат для такой задачи:

Предполагается, что входное напряжение в эту схему поступает от некоторого типа физического преобразователя / усилителя, откалиброванного для получения 1 вольт при 0 процентах физического измерения и 5 вольт при 100 процентах физического измерения. Стандартный диапазон аналогового сигнала тока составляет от 4 мА до 20 мА, что означает от 0% до 100% диапазона измерения, соответственно. При входном напряжении 5 вольт на резистор 250 Ом (прецизионный) будет приложено 5 вольт, что приведет к 20 мА тока в цепи большого контура (с нагрузкой R ). Неважно, какое значение сопротивления R _load равно, или какое сопротивление провода присутствует в этом большом контуре, если операционный усилитель имеет достаточно высокое напряжение источника питания для вывода напряжения, необходимого для прохождения 20 мА через R _{нагрузку} . Резистор 250 Ом устанавливает соотношение между входным напряжением и выходным током, в этом случае создавая эквивалент 1–5 В на входе / 4–20 мА на выходе. Если бы мы преобразовывали входной сигнал 1–5 В в выходной сигнал 10–50 мА (более старый, устаревший стандарт для промышленных приборов), мы бы вместо этого использовали прецизионный резистор 100 Ом.

Другое название этой схемы - усилитель крутизны . . В электронике крутизна - это математическое отношение изменения тока к изменению напряжения (ΔI / Δ V), которое измеряется в единицах Сименс, той же единице, которая используется для выражения проводимости (математическая величина, обратная сопротивлению:ток / напряжение). . В этой схеме коэффициент крутизны фиксируется величиной резистора 250 Ом, что дает линейное соотношение выходной ток / входное напряжение.

ОБЗОР:

• В промышленности сигналы постоянного тока часто используются вместо сигналов постоянного напряжения в качестве аналоговых представлений физических величин. Ток в последовательной цепи абсолютно одинаков во всех точках этой цепи независимо от сопротивления проводки, тогда как напряжение в параллельно подключенной цепи может изменяться от конца к концу из-за сопротивления проводов, что делает сигнализацию тока более точной от «передачи» до «принимающий» инструмент.
• Сигналы напряжения относительно легко генерировать непосредственно с преобразователей, тогда как точные сигналы тока - нет. Операционные усилители могут быть легко использованы для «преобразования» сигнала напряжения в сигнал тока. В этом режиме операционный усилитель будет выдавать любое напряжение, необходимое для поддержания правильного значения тока через сигнальную цепь.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Таблица схем операционного усилителя преобразователя напряжения / тока