Преобразование сигнала напряжения в ток: практический дизайн транскондуктивного усилителя

В современном приборостроении постоянные токи служат аналоговыми представителями физических переменных: температуры, давления, расхода, веса и движения. Предпочтительный индустриальный формат — сигнал постоянного тока — типично 4–20 мА — потому что ток остается постоянным по всему последовательному циклу, независимо от сопротивления проводов. В отличие от этого, напряженные сигналы могут дрейфовать в параллельной цепи, вводя измерительные ошибки.

Для генерации точного тока от напряжения-драйвированного преобразователя применяем транскондуктивный усилитель — операционный усилитель, сконфигурированный с отрицательной обратной связью, ведущий себя как идеальный источник тока. Операционный усилитель подает любое необходимое напряжение для поддержания тока в цикле на фиксированном значении, независимо от сопротивления нагрузки.

Вход — калиброванное напряжение от 1 В (0% измерения) до 5 В (100% измерения). Схема использует точный резистор 250 Ом для преобразования этого напряжения в стандартный диапазон тока 4–20 мА: при 5 В через цикл течет 20 мА, а при 1 В — 4 мА. Сопротивление нагрузки может быть любым, и операционный усилитель скорректирует свое выходное напряжение соответственно — при условии, что его питание достаточно для прогоняемого тока. Если нужен старый стандарт 10–50 мА, резистор 100 Ом заменяет 250-омный компонент.

В электронике транскондуктивность — это отношение ΔI/ΔV, измеряемое в Сименсах. В этом дизайне резистор 250 Ом фиксирует транскондуктивность, обеспечивая линейную зависимость ток-напряжение.

Ключевые выводы

• Токовые сигналы доминируют в промышленном приборостроении, потому что они нечувствительны к сопротивлению проводов и обеспечивают последовательную, точную передачу.
• Напряженные сигналы легче генерировать непосредственно от датчиков, но их преобразование в ток требует стабильного транскондуктивного усилителя.
• Операционный усилитель, сконфигурированный как источник тока, поставляет точное напряжение, необходимое для поддержания желаемого токового цикла.

Связанный рабочий лист

• Рабочий лист: Схемы ОУ преобразователя напряжение/ток