Преобразователь напряжение ток схема: Преобразователь напряжение ток: схема с подключенной нагрузкой

Содержание

Преобразователь напряжение ток: схема с подключенной нагрузкой

Преобразователь напряжение ток-01Преобразователь напряжение ток-01

Преобразователь напряжение ток с возможностью подключения заземленной нагрузки


Преобразователь напряжение ток: в этой статье на Рисунке 1 представлена схема преобразователя напряжения ток, где использованы три распространенных операционных усилителя, два транзистора средней мощности и всего несколько пассивных компонентов. Первый операционный усилитель (IC1) инвертирует сумму напряжений VIN и VOUT:

V1=-(VIN + VOUT).

Преобразователь напряжение ток-1Преобразователь напряжение ток-1

Второй операционный усилитель (IС2) и транзисторы Q1 и Q2 инвертируют это напряжение:

V2=VIN+VOUT.

Таким образом, формула для вычисления выходного тока имеет вид:

formulaformula

Из формулы видно, что IOUT зависит только от входного напряжения VIN и сопротивления R6. Повторитель напряжения IС3 снижает ток между выходом схемы и микросхемой IС1 до незначительного уровня.

Преимущества схемы:

  • Возможность подключения заземленной нагрузки;
  • Простое управление соотношением IOUT/VIN;
  • Высокая точность, линейность, стабильность и широкая полоса пропускания;
  • Широкий диапазон выходных токов -приблизительно от 1 мкА до максимально допустимого коллекторного тока Q
    1
    и Q2;
  • Высокое выходное сопротивление порядка 50 МОм.
Источники питания

Операционный усилитель. Примеры схем с описанием работы

Продолжение статьи «Операционный усилитель. На пальцах. Для самых маленьких»

Разберем еще пару схем, чтобы было понятно что и как. Как обычно, усилитель у нас идеальный.

▌Преобразователь напряжения в ток
Иногда надо получить источник тока. Это такой источник энергии который обеспечит протекание нужного тока через любое сопротивление. Вот есть у нас источник на 10мА и если мы его замкнем накоротко, то будет через точку КЗ течь ток в 10мА, а если мы оборвем его, то через обрыв … будет течь ток в 10мА, для этого источник тока загонит свое выходное напряжение до такого уровня, что заряды побегут через воздух, образовав пробой. Ну это в идеальном случае конечно. В реале источник тока при обрыве просто выставит свое максимально возможное напряжение.

Зачем нужно такое? Ну… по разным причинам. Светодиоды питать, например. Или есть линии связи на токовой петле. Когда у нас по проводу передается сигнал не напряжением, а током. Это очень удобно — от длины линии и роста ее сопротивления сигнал не меняется, всегда можно детектировать состояние линии — обрыв это нулевой ток, КЗ это ток выше лимита.

Я как то уже писал про токовую петлю 4-20мА. И вот там был пример применения ОУ для создания преобразователя напряжение-ток. Вот его схемотехника:

Принцип работы рассматриваем по той же методике. ОУ охвачен обратной связью. Считаем, что у нас виртуальное КЗ между его входами.

И можно смело вычислить ток I который будет, просто по закону Ома, равен как I = Uвх/R3. Но так как на самом деле никакого КЗ нет и, более того, во входы ОУ ничего не течет из-за его бесконечного сопротивления, то Ioс = 0. А раз Iос равна нулю, то ток I = Iout и жестко задается ТОЛЬКО входным напряжением и значением R3. Как бы не менялось побочное сопротивление линии R1 ток останется неизменным. Ну, конечно, при условии, что источник питания U может это обеспечить должным напряжением.

▌Логарифмический усилитель

С помощью ОУ можно аналогично интегратору, который рассматривался в прошлой статье, вытащить из детали нужную характеристику и превратить ее в коэффициент усиления.

К примеру, нам нужен хитрый усилитель который произведет компрессию сигнала. Слабый сигнал усилит на большую величину, а сильный проигнорирует. Осталось только найти деталь которая имеет такую характеристику. Возьмем, например, диод 1N4007:

Его вольт-амперная характеристика такая:

Т.е. чем выше приложенное напряжение тем выше ток. И зависимость эта нелинейная, а по экспоненте. Вычисляется примерно как:

I = Is(eU/k — 1),

где Is это предельный ток насыщения, а k конструктивный коэффициент зависящий от температуры и еще разных параметров.

С ростом тока падение напряжения вначале увеличивается быстро, а потом его рост замедляется. Нам вполне подойдет.

Осталось сделать так, чтобы входной ток зависел только от входного напряжения, а выходное напряжение привязать к этой характеристике. Воткнем все в ОУ:

Обратная связь есть. Считаем, что у нас виртуальное КЗ между входами ОУ. И получается, что ток I зависит только от входного напряжения и сопротивления R1. Все, там зависимость полностью линейная, по закону Ома. Мы легко можем задать любой нужный ток подбором сопротивления. Но так как КЗ виртуальное, то входной ток I будет равен току Ioc. Ведь в сам ОУ ток не течет. А значит задавая входной ток, мы можем по нашей ВАХ диода задать падение напряжения.

Скажем при 1 вольте на входе ток будет 10мА. У нас ведь резистор 100ом и все что происходит на входе задается только им. Но в цепи ОУ будет тот же ток, а там диод. И падение напряжения, судя по даташиту, на нем будет 0.6 вольт. Чтобы это обеспечить, равенство напряжений на входах, выходу ОУ надо будет опуститься на -0.6 вольт. В текущем моменте коэффициент усиления -0.6

А при напряжении на входе в 20 вольт, ток будет уже 200мА, соответственно падение напряжения на диоде 0,8 вольт. И напряжение на выходе ОУ будет -0.8 вольт. Коэффициент усиления в текущий момент -0,04

Т.е. наша схема может сожрать как малый сигнал, так и огромный и ее выход не зашкалит. Правда для таких целей обычно используют характеристику не диода, а биполярного транзистора. Но суть от этого не меняется.

Продолжение следует…

Преобразование напряжения сигнала в ток

  1. Радиоэлектроника
  2. Схемотехника
  3. Основы электроники и схемотехники
  4. Том 3 – Полупроводниковые приборы
  1. Книги / руководства / серии статей
  2. Основы электроники и схемотехники. Том 3. Полупроводниковые приборы

Добавлено 28 ноября 2018 в 02:04

Сохранить или поделиться

В измерительных схемах сигналы постоянного тока часто используются в качестве аналоговых представлений физических измерений, таких как температура, давление, поток, вес и движение. Чаще всего сигналам постоянного тока отдается предпочтение по сравнению с сигналами постоянного напряжения, поскольку сигналы тока точно равны по величине во всем контуре схемы, несущей ток от источника (измерительного устройства) до нагрузки (индикатор, устройство записи или контроллер), тогда как сигналы напряжения в аналогичной схеме могут изменяться от одного конца к другому из-за резистивных потерь проводников. Кроме того, приборы для измерения тока обычно имеют низкие импедансы (в том время как приборы для измерения напряжения имеют высокие импедансы), что дает инструментам измерения тока бо́льшую устойчивость к электрическим помехам.

Чтобы использовать ток как аналоговое представление физической величины, мы должны иметь какой-то способ генерации точной величины тока в сигнальной схеме. Но как мы создадим точный токовый сигнал, когда не можем знать сопротивление контура? Ответ заключается в использовании усилителя, предназначенного для поддержания тока на заданном значении, прикладывая столько много или столько мало напряжения, сколько необходимо для цепи нагрузки, чтобы поддерживать это заданное значение тока. Такой усилитель выполняет функцию

источника тока. Операционный усилитель с отрицательной обратной связью является идеальным кандидатом на такую задачу:

Преобразователь напряжения в ток на операционном усилителеПреобразователь напряжения в ток на операционном усилителе

Предполагается, что входное напряжение этой схемы исходит от какого-либо устройства физического преобразователя / усилительного устройства, откалиброванного для получения 1 вольта для 0% при физическом измерении и 5 вольт для 100% при физическом измерении. Стандартный диапазон аналогового токового сигнала составляет от 4 мА до 20 мА, что означает от 0% до 100% диапазона измерений, соответственно. При входе 5 вольт резистор (точный) 250 Ом будет иметь приложенное к нему напряжение 5 вольт, что приведет к току 20 мА в схеме большого контура (с R

нагр). Не имеет значения, чему равно сопротивление Rнагр, и чему равно сопротивление проводов в этом большом контуре, если операционный усилитель имеет напряжение питания, достаточно высокое для выдачи напряжения, которое необходимо для получения 20 мА, протекающих через Rнагр. Резистор 250 Ом устанавливает соотношение между входным напряжением и выходным током, в этом случае создавая равнозначность 1–5 В на входе / 4–20 мА на выходе. Если бы мы преобразовывали входной сигнал 1-5 вольт и выходной сигнал 10-50 мА (более старый, устаревший измерительный стандарт промышленности), вместо этого мы использовали бы точный резистор 100 Ом.

Другим названием этой схемы является «усилитель крутизны». В электронике крутизна представляет собой математический коэффициент, равный изменению тока, деленному на изменение напряжения (ΔI/ΔV), и измеряется в сименсах (См), в тех же единицах, что используются для выражения проводимости (математически, величина, обратная сопротивлению: ток/напряжение). В данной схеме коэффициент крутизны фиксируется величиной резистора 250 Ом, что дает линейную связь выходной_ток/входное_напряжение.

Резюме

  • В промышленности токовые сигналы постоянного тока часто используются вместо сигналов постоянного напряжения как аналоговые представления физических величин. Ток в последовательной цепи абсолютно одинаков во всех точках этой схемы независимо от сопротивления проводов, тогда как напряжение в аналогичной схеме может изменяться от одного конца к другому из-за сопротивления проводов, что делает токовые сигналы более точными для передачи сигнала от «передающего» прибора до «принимающего» прибора.
  • Сигналы напряжения относительно легко получить непосредственно на устройствах преобразователей, тогда как точные токовые сигналы нет. Для «преобразования» сигнала напряжения в токовый сигнал можно довольно просто использовать операционные усилители. В этом режиме операционный усилитель буде выводить любое напряжение, необходимое для поддержания тока через сигнальную цепь в правильном значении.

Оригинал статьи:

Теги

ОбучениеОУ (операционный усилитель)
Преобразователь напряжение-токЭлектроника

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.


Преобразователь напряжение-ток(схема Хауленда).Вывод расчетных соотношений

Рис. 3.1. Преобразователь напряжение-ток Хауленда

 

Найдем при каких соотношениях сопротивлений резисторов ток в  не зависит от его сопротивления, т. е. схема превращается в преобразователь разности входных напряжений в ток . Можно записать следующие соотношения

;

;

,

где , .

Находя из первых двух уравнений связь между ,  и  можно получить

.

Ток в сопротивлении нагрузки равен

,

или, выражая , можно после упрощений получить

,

а  будет равен

.

Из последнего выражения видно, что  не зависит от сопротивления  только в том случае, когда круглая скобка в знаменателе последнего выражения равна нулю, т. е. при соблюдении соотношения

,

или, что одно и то же,

.

Выражение для тока нагрузки можно записать

.

Недостатком схемы является невозможность получения значительных токов и высокий уровень синфазной составляющей. Поэтому данная схема не получила широкого распространения.

Преобразователь напряжение-ток с использованием повторителя напряжения. Расчетные соотношения.

На рис.3.3. представлена более простая схема преобразователя напряжение-ток с использованием повторителя напряжения.

Рис.3.3.. Схема преобразователя напряжение-ток с использованием повторителя напряжения

 

Находя, как и раньше,  и , получим

; .

С учетом того, что  имеем

.

Из условия  находим

.

Ток нагрузки

не должен зависеть от сопротивления нагрузки , т. е.

или

.

Пусть , , тогда ток нагрузки  равен

.

Влияние напряжения смещения на погрешность ОУ с отрицательной обратной связью.

У всех рассмотренных ДУ можно реализовать третий вход для реализации смещения выходной характеристики.

 

 

 

 

 

Необходимость в напряжении смещения существует практически во всех измерительных цепях. В ДУ существует третий вход, по которому эту необходимость возможно реализовать.

В ДУ на двух ОУ это выглядит так:

 

 

 

Способы компенсации напряжения смещения. Примеры реализации.

В некоторых ОУ предусмотрены специальные выводы для установки нуля. К этим выводам подключается потенциометр, с помощью которого можно настроить выход усилителя на нуль, для не большого коэффициента усиления с обратной связью. Типовая схема подключения потенциометра, показана на рис. 5.1.

 В тех случаях, когда не удается настроить выход усилителя на нуль по схеме на рис. 5.1, можно уменьшить выходное напряжение смещения до нуля путем подачи напряжения компенсации на вход ОУ. На рис. 5.2 показаны схемы, которые часто используют для установки нуля в инвертирующем усилителе. Аналогичные схемы для неинвертирующих усилителей показаны на рис. 5.3.

 

Если не делать компенсацию напряжения смещения, то напряжение смещения на выходе будет пропорционально коэффициенту усиления усилителя с обратной связью. При входном напряжении равном нулю эквивалентная схема для определения выходного напряжения смещения как для инвертирующего, так и для неинвертирующего усилителя имеет один и тот же вид, показанный на рис.5.4.

В этой схеме напряжение смещения U0 подключено к неинвертирующему входу ОУ и является входным напряжением неинвертирующего усилителя. И напряжение смещения на выходе усилителя может быть определено по формуле

 Uвых = U0(1+R0 / R1).

 

6.11. Преобразователи напряжение-ток

Преобразователи напряжения в ток применяются в случае, когда ток в нагрузке должен быть пропорционален входному напряжению и не зависеть от сопротивления нагрузки. В частности, при постоянном входном напряжении ток в нагрузке также будет постоянным, поэтому такие преобразователи иногда условно называют стабилизаторами тока.

Простейшая схема стабилизатора тока, показанная на рис. 10.41, а, представляет собой инвертирующий усилитель, в котором нагрузка Rn включена в цепь отрицательной обратной связи ОУ. Ток в нагрузке будет равен Ui/Rl. Для уменьшения нагрузки на источник входного напряжения он подключается к неинвертирующему входу ОУ. Именно так и сделано в стабилизаторе тока на рис. 10.41, б, для которого ток в нагрузке равен (Ui/Rl)(l+Rl/R2)(l+R2/R4).



В стабилизаторах тока на рис. 10.41 нагрузка не заземлена, что не всегда удобно. С этой точки зрения предпочтительнее стабилизатор тока с заземленной нагрузкой (рис. 10.42). Ток в нагрузке Rn такого стабилизатора определяется формулой Ii=UiA/B, где A=Rl(R4+R5)R2 -R4; B=[Rl(R4+R5)-R2-R3]Rn+Rl R5(R3+R4). Условием независимости Ii от Rn является равенство R1(R4+R5)-R2-R3. В таком случае будем иметь Ii=Ui-R2/(Rl-R5).

Отметим, что если в стабилизаторе на рис. 10.42 подавать Ui через резистор R1 на инвертирующий вход ОУ, а резистор R3 заземлить, то при выполнении условия R1(R4+R5)=R2-R3 ток в нагрузке только изменит знак.

Одним из многочисленных применений преобразователей являются преобразователи сопротивления в напряжение (ПСН), применяемые в сочетании с резистив-ными датчиками. Для построения ПСН обычно включают преобразуемое сопротивление в качестве нагрузки стабилизатора тока. Тогда падение напряжения на этом сопротивлении будет пропорционально его сопротивлению. На практике удобно использовать ПСН, имеющие малое выходное сопротивление. Этому требованию в наибольшей степени отвечает ПСН на основе стабилизатора тока, схема которого показана на рис. 10.41, а. Действительно, напряжение на выходе ОУ в этом стабилизаторе равно Ui-Rn/Rl. Следовательно, в качестве выходного напряжения ПСН можно использовать не падение напряжения на резисторе Rn, а выходное напряжение ОУ. При этом выходное сопротивление такого ПСН будет весьма низким, как и в любом усилителе, имеющем отрицательную обратную связь по напряжению.

Удобен для применения ПСН, выполненный на основе стабилизатора тока на рис. 10.42. Такой ПСН характеризуется не только малым выходным сопротивлением, но и возможностью заземления резистивного преобразователя. Если принять R4=0 и R1-R5=R2-R3, то выходное напряжение ОУ в этом стабилизаторе равно Uo=Ui-Rn(l+R2/Rl)/R3.

Дополнительным достоинством ПСН на стабилизаторе (рис. 10.42) является возможность скорректировать погрешность нелинейности прибора, обусловленную нелинейностью характеристики датчика. Если выбрать R1-R5>R2-R3, то зависимость Uo от Rn будет нелинейной — чувствительность будет падать с ростом Rn. Если же поменять знак неравенства, то, наоборот, чувствительность будет расти с ростом Rn. Следовательно, выбирая знак и величину разности R1-R5-R2-R3, можно получить характеристику преобразования сопротивления в напряжение с компенсацией нелинейности датчика.

Контрольные вопросы и задания

1. Какую функцию выполняют преобразователи напряжение-ток и сопротивление-напряжение?

2. Схема измерителя сопротивления (ПСН) на стабилизаторе тока по схеме рис. 10.41, а показана на рис. 10.43. Какими должны быть значения напряжения Ui и сопротивления R1, чтобы при измерении выходного напряжения Uo показания мультиметра совпадали с сопротивлением измеряемого резистора Rx с коэффициентом кратности 10-k где k — любое целое число, в том числе и ноль. Расчеты подтвердите моделированием.

3. Дополните схему преобразователя на рис. 10.42 необходимыми контрольно-измерительными приборами и проведите ее моделирование, выбрав номиналы резисторов с помощью приведенных выше формул.


Рис. 10.43. Схема измерителя сопротивления Rx

3. Преобразователь "ток-напряжение " | Техническая библиотека lib.qrz.ru

Преобразователь "напряжение-ток"

В схеме преобразователя на рис. 2.4-6 коллекторный ток транзистора VT4 определяется выражением: Ikvt4=Uвх/R1. Этот ток вызывает падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT1. Так как VT1 и VT2 — одного типа, то напряжение на VT2 будет аналогичным, и, соответственно, протекающий через VT2, VT3 ток будет совпадать с током в VT4. Максимальный выходной ток определяется допустимой мощностью рассеивания транзистора VT3. Для токов выше 5 мА нелинейность преобразования составляет не более 1%. В качестве DA1 можно использовать любой ОУ серий К544. К574, включенный по типовой схеме.

2-4-21.jpg
Преобразователь "ток-напряжение"

Преобразователь на рис. 2.4-7 построен по принципу усиления напряжения, которое возникает при протекании тока через резистор R6. Схема обеспечивает Uвых = К*Iвх- Коэффициент преобразования схемы К = R6*(R3/R4). Для настройки ОУ при Iвх=0 служит резистор R2. Часть входного тока ответвляется в цепь R1, R2, R3. Резистор R6 — проволочный (нихром).

2-4-22.jpg
Пороговый ограничитель тока

Работа ограничителя выходного тока на рис. 2.4-8 основана на шунтировании базовой цепи ключевого транзистора. При входном напряжении, не превышающем пороговое напряжение стабилитрона VD1, транзистор VT1 закрыт, к базе VT2 прилагается полное входное напряжение и выходной ток определяется резисто

ром R3. Как только входное напряжение превысит пороговое напряжение стабилитрона VD1, открывается транзистор VT1, уменьшается напряжение на базе VT2 и уменьшается выходной ток. Крутизну вольт-амперной характеристики ограничителя можно регулировать резисторами R2, R4 (с увеличением R2 крутизна увеличивается, с увеличением R4 крутизна уменьшается).

2-4-23.jpg

 

РадиоКот :: Операционные усилители. Часть 2.

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

Операционные усилители. Часть 2.

Итак, ставим себе задачу - измерить ток в разрыве какой-нибудь цепи, причем сразу оговоримся, что речь идет о токах 1мкА и меньше, поскольку в этом случае обычный тестер нельзя будет использовать, у него не хватит разрешающей способности. У моего рабочего Mastech M890C минимальный предел это 2 мА, что означает, что меньше чем 10 мкА он просто не регистрирует. Поэтому надо что-то делать. Как будем действовать? Думать, вспоминать закон Ома и соображать. Так уж повелось, что все измерительные приборы, которыми мы пользуемся в последнее время весьма охотно измерят напряжение, а ток меряют только после какого-нибудь преобразования тока в напряжения. Может я плохо информирован, но о токовых АЦП я не слышал, а АЦП, которые измеряют напряжение стоят повсюду. Поэтому будем преобразовывать ток в напряжение.

Простейшим преобразователем тока в напряжение является обыкновенный резистор. Напряжение на нем по закону Ома равно произведению тока на сопротивление. Итого, если мы пропустим ток в 1 мкА через резистор в 1кОм, то напряжение на нем составит 1мкА*1кОм=1мВ. Мало, АЦП не зарегистрирует, нужно усиливать. Ну тогда можно применить одну из схем, которые мы изучили в предыдущей части нашего повествования. Например, схему неинвертирующего усилителя. Получилось у нас ровно то, что изображено на рисунке. Какие недостатки у этой схемы? Ну один просто очевиден - падение напряжения на таком измерителе будет зависеть от тока, протекающего в цепи, что может исказить реальное значение тока. Ну и высокое входное сопротивление прибора, а поскольку амперметр должен иметь низкое входное сопротивление, то что-то нам подсказывает, что эта схема не очень хорошо будет работать. Хотя оговоримся сразу же - для больших токов эта схема замечательно работает, особенно потому, что при больших токах существенными становятся процессы тепловыделения, а поэтому количество элементов, через которые протекает большой ток следует уменьшить.


Ну да ладно, лирическое отступление закончили, принялись сочинять схему, которая была бы свободна от этих недостатков. А что будет если взять схему инвертирующего усилителя (кто не помнит, то см. первую часть), выкинуть из неё входной резистор (кто не понял, это который R2), выкинуть источник входного напряжения, а вместо него подвести к инвертирующему входу измеряемый ток, что будет. Правильно, на выходе будет напряжение -IизмR1. Не забыли почему минус. Молодцы. Итак, что мы видим, мы преобразовали входной ток в напряжение на выходе, но между входами у нас 0В при любом входном токе, при котором выходное напряжение не достигает напряжения питания(ну не может больше операционный усилитель выдать на выходе, а поэтому ограничен диапазон токов, которые можно измерять). Тогда, опять таки если мы возьмем входной ток в 1мкА, а сопротивление R1 в 1МОм, то напряжение на выходе составит -1В. Хм, а это уже легко измеряется любым вольтметром, хоть тестером, хоть каким-нибудь В7-35, который я использую для разных своих дел. Вот как все замечательно. Осталось только разобрать один очень интересный вопрос, который называется Т-цепочка. Что это такое, давайте представим себе такую ситуацию - вы идете в магазин, а там нет резистора 1МОм, есть только 100 кОм и меньше.

Вот блин засада, нужно ставить второй операционник и усиливать сигнал по напряжению. В принципе вариант, но можно поступить хитрее. И использовать вот такую схему.

Спрашивается, какое напряжение будет на выходе? Ну если вы усвоили два правила работы с операционными усилителями и закон Ома(его то я надеюсь вы помните), то вам нетрудно будет понять, что напряжение на выходе составит -IвхR1(1+R2/R3). А это значит, что если мы хотим получить коэффициент преобразования порядка 107 В/А, то нам нужны сопротивления R1=100кОм, R2=99кОм, R3=1кОм. А уж такие сопротивления вы легко найдете в магазине, или в собственной коллекции. А для чего нужны такие большие коэффициенты преобразования - для измерения токов порядка 1 нА и меньше, но об этом мы поговорим в другой статье, в которой я расскажу о том, как спроектировать наноамперметр или гигаомметр, в зависимости от того, что вам нужно. А в следующей части нашей беседы об операционных усилителях мы поговорим о генераторах и фильтрах на базе операционных усилителей.

--Поехали дальше-->>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Цепь из напряжения в ток

: схемы преобразователя :: Next.gr

  • На рисунке показан простой преобразователь напряжения в ток. Текущий выход равен 0t или Vjn / R. Для отрицательных токов можно использовать pnp, а для большей точности можно заменить транзистор на транзистор Дарлингтона. При тщательном проектировании эта схема может быть ....

  • Текущий выход - Iqut-Vin / R.Для отрицательных токов можно использовать PNP и, для большей точности, вместо транзистора можно использовать пару Дарлингтона. При тщательном проектировании эту схему можно использовать для управления токами многих ампер.

  • В этой цепи 5 В используется сервоуправляемый преобразователь постоянного / постоянного тока для генерации напряжения согласования, необходимого для контура..

  • Эта схема отключает свой преобразователь постоянного / постоянного тока, IC1, всякий раз, когда на большом конденсаторе фильтра, C6, достаточно.

  • На рисунке 1 показан классический преобразователь напряжения в ток (V / I).Вы можете выбрать такие значения резистора, чтобы выходной ток в нагрузке, RL, изменялся только с входным напряжением, VIN, и не зависел от RL. Схема широко применяется в промышленности ....

  • Преобразователь напряжения в ток, показанный на Рисунке 1, может одновременно истощать и потреблять ток. Схема более гибкая, чем некоторые традиционные источники тока, которые требуют различных топологий для подачи и отвода тока.Также вы можете легко настроить значение ....

  • Преобразователь напряжения в ток (V / I), показанный на Рисунке 1, использует три обычных операционных усилителя, два транзистора средней мощности и всего несколько пассивных компонентов. Первый операционный усилитель (IC1) инвертирует сумму напряжений VIN и VOUT в V1 = - (VIN + VOUT). Второй ОУ (IC2) и....

  • Схема на рисунке 1 выполняет активное преобразование напряжения в ток или действует как токовое зеркало с переменным усилением с высокой точностью и шириной полосы. Типичное приложение - тестирование высокоскоростных ИС или других устройств, входы которых предназначены для работы от ....

  • его схема преобразует выходной сигнал управления напряжением от контроллера процесса для преобразования в управление током, если для привода переменного тока или клапана требуется сигнал управления током.Это трехпроводный преобразователь напряжения в токовую петлю. 1-5 В постоянного тока ослабляется и подается ....

  • Этот преобразователь напряжения в ток использует три операционных усилителя для управления парой силовых транзисторов. Токовый выход рассчитывается как: IOUT = Vin / R6 Выходное сопротивление превышает 50 МОм. IOUT может находиться в диапазоне от 1 мА до номинальных значений тока T1 и T2....

  • Как показано на рисунке, когда выходной ток превышает 40 мА, внутреннее сопротивление 50 Ом. в XTR110 (R9) следует заменить внешнее сопротивление REXT. REXT соединяется между 13 и 16 футами. REXY = R9 (исходный диапазон / требуемый диапазон). Например, ....

  • Чтобы удалить циркулирующий ток трехуровневого преобразователя постоянного тока переключателя нулевого напряжения в нулевом состоянии, мы разработали схему трехуровневого преобразователя постоянного тока переключателя нулевого напряжения и нулевого тока.Схема показана на следующей схеме 1, основная ....

.

Преобразователь тока в напряжение | Аналоговые интегральные схемы |


На главную> аналоговые интегральные схемы> преобразователь тока в напряжение

Преобразователь тока в напряжение

В этом случае входной ток преобразуется в пропорциональное напряжение. Следовательно, мы можем иметь
Voâ € Iin
∴Vo = S Iin
Где, Sâ † ’Константа пропорциональности, которая есть не что иное, как чувствительность преобразователя тока к напряжению.

Чувствительность S задается как отношение выходного напряжения к входному току, которое представляет собой не что иное, как транс-сопротивление, поэтому эту схему также называют усилителем транс-сопротивления.
∴S = Vo / Iin
Рассмотрим следующую схему, как показано ниже.

Здесь используется источник тока Is. Поскольку входной ток операционного усилителя равен нулю, такой же ток протекает через резистор обратной связи Rf.
Как видно из рисунка,
Vo = -IS * Rf
â €´ Vo∠IS
Здесь чувствительность S = -Rf
Таким образом, выходное напряжение пропорционально входному току. Этот тип схемы более полезен для обнаружения малых токов порядка 2 мкА (например, тока фотодиода).
Столь малое количество токов практически невозможно измерить. В таких схемах сначала измеряется выходное напряжение с помощью цифрового мультиметра, а затем из уравнения ниже рассчитывается ток
IS = (- Vo) / Rf

Преобразователь I-V с высокой чувствительностью:
Как объяснено для вышеупомянутой схемы, чувствительность S = -R_f. Чувствительность указанной схемы можно повысить, увеличив сопротивление обратной связи. Таким образом, в цепь обратной связи добавлен резистивный Т-образный участок, как показано ниже.

Входной ток Iin может проходить через сопротивление R; потому что входной ток к операционному усилителю равен нулю. Предположим, что напряжение «V» показано на диаграмме выше. Входной ток делится в узле «V», чтобы получить токи I1 и I2, как показано.
Применение KCL в узле 'V'
Iin = I1 + I2
Подстановка токов
(0-V) / R = (V-0) / R1 + (V-Vo) / R2
(-V) / R = V / R1 + V / R2 -Vo / R2
Vo / R2 = V [1 / R + 1 / R1 + 1 / R2]
∴Vo = VR2 [1 / R + 1 / R1 + 1 / R2]
∴Vo = V [R2 / R + R2 / R1 +1]
Но напряжение узла 'V' равно V = -Iin R
∴Vo = -Iin S
Таким образом, ∴ Vo∠Iin

Применения преобразователей тока в напряжение:
1) Фотодиод Измерение тока:
Одним из основных применений преобразователя тока в напряжение является усилитель фотодетектора, как показано ниже.


Фотодиод работает в режиме обратного смещения. К нему приложено напряжение "V".
Из принципиальной схемы
Vo = ID Rf
∴ Vo∠ID

Ток диода рассчитывается следующим образом.
ID = Vo / Rf
ID - ток фотодиода, пропорциональный интенсивности падающего на него света. Этот ток является входным током в схему и рассчитывается, как указано в уравнении выше.
2) Измерение фоторезистора:
Этот тип схем используется для измерения фоторезистора, как показано на принципиальной схеме ниже.

В темноте сопротивление очень большое. По мере увеличения интенсивности света, падающего на фотодиод, сопротивление уменьшается, как показано на графике ниже.

Как указано в вышеупомянутом приложении, сначала на цифровом мультиметре измеряется выходное напряжение. Из уравнения выхода мы имеем
Vo = IRf
Это уравнение используется для вычисления тока I как
I = Vo / Rf
. Ток, протекающий через фоторезистор, также определяется уравнением
I = V / RP
∠´RP = V / I
Таким образом, из приведенного выше уравнения рассчитывается фоторезистор RP.

Устройство масштабирования тока / усилитель тока:
На следующей принципиальной схеме показан базовый усилитель тока. Его еще называют скалером тока.

Как показано на рисунке, в качестве входного сигнала используется источник тока Iin. Неинвертирующий терминал имеет потенциал земли. В тракте обратной связи сформирована резистивная Т-образная секция, как показано на рисунке выше.
Из-за концепции виртуального заземления инвертирующий терминал имеет потенциал заземления. Рассмотрим потенциал «V», как показано на рисунке.

Применение KCL в узле 'V'
Iin = I + IL
∴IL = Iin-I… (1)
Входной ток задается как
Iin = (0-V) / R1 = -V / R1 â € ¦â € ¦. (2)
Ток 'I' задается как
I = (V-0) / Rf = V / Rf
∴V = IRf
Подставьте значение ' V 'в уравнении (2), получаем
I = - [R1 / Rf] Iin
Подставляя этот ток «I» в уравнение (1), мы получаем
∴IL = Iin + [R1 / Rf] Iin
∴ IL = [1 + R1 / Rf] Iin
Где, [1 + R1 / Rf] = â «усиление усилителя / коэффициент масштабирования
Таким образом, путем правильного выбора R1 и Rf, входной ток можно масштабировать до требуемого уровень на выходе.

.Цепь тока в напряжение

: схемы преобразователя :: Next.gr

  • Teledyne Semiconductor's Type TSC9402 IC в высшей степени подходит в качестве недорогого преобразователя тока в частоту.

  • Этот радиочастотный преобразователь преобразует любительские телевизионные сигналы в диапазоне от 420 до 450 МГц в УКВ канал 3 или 4, позволяя принимать эти сигналы на стандартном ТВ-приемнике.ВЧ-усилитель Q1 питает смеситель M1, а Q3 действует как усилитель ПЧ. ..

  • Инверторы

    Ula и Ulb образуют генератор с частотой 20 килогерц, прямоугольный выходной сигнал которого имеет форму D2, R4 и R5, а также D3, R6 и R7, и управляет силовыми полевыми транзисторами Q2 и Q3. Полевые транзисторы с p-каналом и n-каналом проводят попеременно в двухтактном режиме....

  • Этот преобразователь тока в напряжение основан на очень высоком входном сопротивлении операционного усилителя. Входной ток (I) пропускается через резистор обратной связи (Rf) и генерирует выходное напряжение, равное (-I x Rf). Это выходное напряжение действительно для выхода ....

  • Этот преобразователь тока в напряжение основан на очень высоком входном сопротивлении операционного усилителя.Входной ток (I) пропускается через резистор обратной связи (Rf) и генерирует выходное напряжение, равное (-I x Rf) ...

    .
  • Цепь преобразователя тока в напряжение

    может быть сделана с использованием одного резистора, это очень просто, так как любой ток, естественно, вырабатывает напряжение при протекании через ...

  • Самый простой преобразователь напряжения в напряжение - это скромный резистор.Однако наличие ненулевого импеданса источнику входного тока является недостатком скромного ...

  • В схеме фотодиода преобразователя тока в напряжение используются три операционных усилителя с биМОП-схемой CA3130 в приложении, чувствительном к входным токам субпикоампера. Схема обеспечивает выходное напряжение относительно земли, пропорциональное входному току, протекающему через....

  • ..

  • На Т-образном соединении все ясно, но на перекрестке все остальное неясно, особенно если в другом месте схемы нет точек соединения.Похоже, что нижняя часть Is и правая сторона R2 должны быть заземлены, но ваш ...

  • Используя интегральную схему MAX641 производства Maxim IC, можно спроектировать очень простой повышающий преобразователь с использованием небольшого количества электронных компонентов. Этот повышающий электронный преобразователь высокого напряжения допускает максимальный выходной ток до 1 А.Низкое напряжение АКБ ....

  • Этот преобразователь постоянного тока ADP2323 обеспечивает два выходных напряжения при двух максимальных выходных токах. На первом канале эта электронная схема будет обеспечивать выходное напряжение 5 В при максимальном выходном токе 2 Ампера, а на втором канале вывода - это....

  • ..

  • В этой заметке по применению описывается конструкция 50-ваттного изолированного прямого преобразователя, использующего синхронизируемый высокочастотный ШИМ-контроллер MAX8540....

  • В этой базовой схеме входной ток подается непосредственно в суммирующий узел (вывод 2), а выход операционного усилителя изменяется, чтобы извлечь тот же ток из суммирующего узла через R1. Масштабный коэффициент этой схемы составляет R1 вольт на ампер. То есть на выходе ....

  • В схеме используются три ОУ CA3130 BiMOS в приложении, чувствительном к входным токам субпикоампера.Схема обеспечивает выходное напряжение относительно земли, пропорциональное входному току, протекающему через фотодиод. ..

.Цепь тестера токовой петли

4–20 мА с использованием операционного усилителя в качестве преобразователя напряжения в ток

Датчики

являются неотъемлемой частью любой измерительной системы, поскольку они помогают в преобразовании реальных параметров в электронные сигналы, которые могут быть поняты машинами. В промышленной среде обычно используются датчики аналогового типа и цифровые датчики . Цифровые датчики взаимодействуют с помощью следующих протоколов 0 и 1, таких как USART, I2C, SPI и т. Д. Аналоговые датчики могут обмениваться данными посредством переменного тока или переменного напряжения.Многие из нас должны быть знакомы с датчиками, которые выводят переменное напряжение, такими как LDR, датчик газа MQ, датчик Flex и т. Д. Эти аналоговые датчики напряжения соединены с преобразователями напряжения для преобразования аналогового напряжения в аналоговый ток, чтобы стать датчиком переменного тока. .

Этот датчик переменного тока следует протоколу 4–20 мА, что означает, что датчик будет выдавать 4 мА, когда измеренное значение равно 0, и будет выдавать 20 мА, когда измеренное значение не превышает .Если выходной сигнал датчика меньше 4 мА или больше 20 мА, это может быть расценено как неисправность. Датчик выводит ток через витую пару, позволяя передавать питание и данные только по 2 проводам. Наименьшее или «нулевое» значение составляет 4 мА. Это происходит из-за ситуации, когда выходное значение равно нулю или 4 мА, он все еще может питать устройство. Кроме того, поскольку сигнал передается в виде тока, его можно отправлять на большие расстояния, не беспокоясь о падении напряжения из-за сопротивления проводов или о помехоустойчивости.

В промышленности калибровка датчика - это рутинный процесс, и для калибровки системы, а также для поиска и устранения неисправностей выполняется тестирование токовой петли . При тестировании токовой петли он использует процесс проверки, который проверяет обрыв в линии связи. Он также проверяет выходной ток передатчика. В этом проекте мы создадим базовый тестер токовой петли с использованием нескольких компонентов, который позволит нам вручную регулировать ток от 4 мА до 20 мА , поворачивая потенциометр.Эта схема может использоваться как фиктивный датчик для эмуляции программ или для отладки.

Требования к компонентам

  1. Транзистор PNP (используется BC557)
  2. Операционный усилитель (используется JRC4558)
  3. резистор 300к
  4. 1к резистор
  5. 50k 10-оборотный потенциометр.
  6. 100 пФ 16 ​​В
  7. 0,1 мкФ 16 В - 2 шт.
  8. резистор 100R - допуск 5%
  9. Светодиод (любой цвет)
  10. Источник питания 5В
  11. Макет
  12. Монтажный провод
  13. Мультиметр для измерения силы тока

Давайте посмотрим на важные компоненты, используемые в этом проекте.На изображении ниже показан транзистор PNP, вывод BC557.

BC557 PNP Transistor

Это один из наиболее распространенных трехконтактных PNP транзисторов . BC557 - это идентичная пара NPN BC547. Слева направо контакты - это эмиттер, база и коллектор. Другие эквивалентные транзисторы: BC556, BC327, 2N3906 и т. Д.

.

BC557 PNP Transistor Pinout

Используемый здесь операционный усилитель (JRC4558) следует той же схеме выводов, что и в других типах операционных усилителей.Выводы 1, 2 и 3 используются для одного операционного усилителя, а выводы 5, 6, 7 - для другого канала. Для этого проекта можно использовать любой канал. 8-й контакт - это положительный источник питания, а 4-й контакт - GND. Для этого проекта используется операционный усилитель JRC4558D , но подойдут и другие операционные усилители. Такие как нравится - TL072, LM258, LM358 и т.д.

Пятый компонент в списке деталей, потенциометр 50k, 10 оборотов - от Bourns. Каталожный номер 3590S-2-503L.Однако это немного дорогой компонент. Потенциометр на 10 оборотов лучше всего подходит для этой цели, но другие универсальные потенциометры также работали нормально. Разница в том, что разрешение будет меньше с обычным потенциометром, из-за чего увеличение или уменьшение источника тока не будет плавным. В этом проекте используется потенциометр Борнса. Распиновка потенциометра Bourns немного сбивает с толку по сравнению со стандартными распиновками потенциометра. На изображении ниже первый штифт слева - штифт стеклоочистителя.При подключении этого потенциометра в любом приложении необходимо соблюдать осторожность.

Bourns Potentiometer Pinout

Принципиальная схема

Полная принципиальная схема тестера токовой петли 4–20 мА показана ниже.

Current Loop Tester Circuit Diagram using Op-Amp

Как видите, схема довольно проста, она состоит из операционного усилителя, который управляет транзистором. Выходной ток транзистора подается на светодиод, этот выходной ток можно изменять от 0 мА до 20 мА, изменяя потенциометр, и его можно измерить с помощью амперметра, подключенного, как показано выше.

Операционный усилитель здесь предназначен для работы в качестве источника тока с отрицательной обратной связью. Входное переменное напряжение подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя с помощью потенциометра. Максимальный выходной ток (в данном случае 20 мА) устанавливается с помощью резистора, подключенного к инвертирующему выводу операционного усилителя. Теперь, в зависимости от напряжения, подаваемого на неинвертирующий вывод от потенциометра, операционный усилитель будет смещать транзистор для получения постоянного тока через светодиод. Этот постоянный ток будет поддерживаться независимо от значения сопротивления нагрузки, действующего как источник тока.Этот тип усилителя называется Transconductance Amplifier . Схема проста и может быть легко построена на макете, как показано ниже.

Current Loop Tester Circuit on Breadboard using Op-Amp

Работа тестера токовой петли 4-20 мА

Светодиод здесь действует как нагрузка, а цепь токовой петли обеспечивает требуемый ток для нагрузки. Ток нагрузки подается от BC557, который непосредственно под контролем операционного усилителя 4558. На положительном входе усилителя, опорное напряжение предоставляется с помощью потенциометра.В зависимости от опорного напряжения, операционный усилитель обеспечивает ток смещения на базу транзистора. Дополнительный последовательный резистор добавляется через потенциометр до предела опорного напряжения , а также в качестве выходного усилителя, создавая, таким образом, граница 0 мА до 20 мА. Изменение этого значения резистора также изменяет границу минимального и максимального выходного тока.

Workings of 4-20mA Current Loop Tester

Тестирование схемы

После того, как схема построена, запитать ее от регулируемого источника 5 В.Я использовал макетный блок питания, аналогичный тому, что мы построили ранее, для питания схемы, как показано ниже.

4-20mA Current Loop Tester using Op-Amp as Voltage to Current Converter

Примечание: Для резистора 300 кОм используются два резистора последовательно 100 кОм и 200 кОм.

Для проверки схемы я использовал мультиметр в ампер-режиме и подключил его щупы вместо амперметра, показанного на принципиальной схеме. Вы можете проверить это руководство по использованию мультиметра, если вы новичок в мультиметрах. Когда я изменяю потенциометр, можно заметить, что текущее значение на мультиметре изменяется от 4 мА до 20 мА.Полное рабочее видео можно найти внизу.

Применение схемы тестера токовой петли

Основное применение тестера токовой петли 4-20 мА - это для тестирования или калибровки ПЛК , которые принимают протокол 4-20 мА и предоставляют данные в зависимости от него. Следовательно, неправильная калибровка привела к значению ошибки, воспринимаемой ПЛК. Не только калибровка, но и удобный процесс проверки обрыва токовой петли.

Применение токовой петли 4-20 мА имеет огромную область применения в системах промышленной автоматизации и управления. Такие, как расход воды, положение клапана, добыча нефти и связанные с ними датчики, которые необходимы для производственного процесса, используют линию связи 4-20 мА. Отладка и поиск неисправностей - важная задача в отрасли, позволяющая сэкономить время и деньги. Точный тестер токовой петли 4–20 мА является важным инструментом для решения проблем, связанных с датчиком.

Ограничения тестера токовой петли 4-20 мА

Схема имеет определенные ограничения.Промышленная среда более суровая, чем лабораторная. Следовательно, схема должна состоять из различных схем защиты, таких как защита от короткого замыкания и защита от перенапряжения на всех входах и выходах, что подходит для использования в промышленных условиях.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *