Jednoduché techniky napětí-proud a proud-napětí - James H. Reinholm

Jednoduché techniky napětí-proud a proud-napětí - James H. Reinholm

Existuje mnoho typů obvodů převaděčů napětí na proud a proudu na napětí a většina z nich používá k dosažení vysoké úrovně přesnosti kombinaci operačních zesilovačů a tranzistorů. Pokud však vysoká přesnost není nutná, lze jednoduchý převodník tohoto typu vyrobit pomocí pouze jednoho nebo dvou rezistorů.

Rezistor jako převodník napětí na proud

Jakýkoli odpor R, který je připojen k napájecímu zdroji V, lze považovat za převodník napětí na proud, protože proud závisí na napětí prostřednictvím Ohmova zákona - vzorec, který je I = V / R.



Pokud je jeden konec rezistoru odpojen a ke složce odpojeného napájecího zdroje a rezistoru je připojena další složka D, takže R a D jsou zapojeny do série napříč napájecím zdrojem, obvod se i při poklesu napětí chová jako převodník napětí na proud napříč složkou D je velmi malá nebo relativně konstantní.



Touto komponentou může být dioda, LED nebo zenerova dioda, nebo dokonce odpor nízké hodnoty. Níže uvedené schéma ukazuje tyto možné kombinace. Rezistor R lze také považovat za rezistor omezující proud pro přidanou složku D.

Proud, který protéká D, je určen jednoduchým vzorcem: I = (V - VD) / R, kde VD je pokles napětí na přidané složce.




Pro konstantní hodnoty VD a R závisí proud pouze na V. U dopředně předpjatých diod je VD přibližně 0,3 - 0,35 voltu pro germanie a 0,6 - 0,7 voltu pro křemíkové diody a je relativně konstantní v širokém rozsahu proudů. LED diody jsou podobné diodám, kromě toho, že jsou vyrobeny ze speciálních materiálů, které vyzařují světlo.

Jak diody LED pracují s rezistory

Mají dopředné zkreslení napětí, které je o něco vyšší než běžné diody, a mohou být kdekoli od přibližně 1,4 voltu do více než 3 voltů, v závislosti na barvě. LED diody fungují efektivně asi 10 mA až 40 mA a odpor omezující proud je téměř vždy připojen k jedné ze svorek LED, aby se zabránilo poškození v důsledku vysokého proudu.

Poklesy napětí diod a LED diod pro různé úrovně proudu se mírně mění, ale ty lze při výpočtu obvykle zanedbávat. Zenerovy diody se liší tím, že jsou spojeny s obráceným předpětím.



Tím se nastaví pevný pokles napětí VD přes zenerovou diodu, který může být kdekoli od 2V do přibližně 300V, v závislosti na typu. Aby některé z těchto zařízení fungovalo, musí být napájecí napětí vyšší než pokles napětí VD.

Jakákoli hodnota odporu by fungovala, pokud je jeho hodnota dostatečně nízká, aby umožňovala protékat dostatečný proud, a zároveň dostatečně vysoká, aby nemohla protékat přebytečný proud. Obvykle je někde v tomto sériovém obvodu vložena spínací součást, která rozsvítí nebo zhasne LED atd. Může to být tranzistor, FET nebo výstupní stupeň operačního zesilovače.

LED a rezistor ve svítilnách

LED svítilna se v zásadě skládá z baterie, spínače, LED a rezistoru omezujícího proud, které jsou zapojeny do série. Obvod omezující proud se někdy skládá ze dvou rezistorů zapojených do série napříč napájecím zdrojem, namísto zařízení typu odpor a dioda.

Druhý rezistor RD má mnohem menší hodnotu než rezistor R omezující proud a často se mu říká „zkratový“ nebo „snímací“ rezistor.

Obvod lze stále považovat za převodník napětí na proud, protože výše uvedený vzorec lze nyní snížit na I = V / R, protože VD je ve srovnání s V zanedbatelný.

Proud bude nyní záviset pouze na napětí, protože R je konstantní. Tento druh obvodu lze často nalézt v různých obvodech snímačů, jako jsou snímače teploty a tlaku, kde má v zařízení s malým odporem protékat definované množství proudu.

Napětí na tomto zařízení se obvykle zesiluje, aby se změřila jakákoli změna, jak se mění odpor snímače za různých podmínek. Toto napětí může číst i multimetr, pokud má dostatečnou citlivost.

Pokud se vzorec I = V / R převrátí, aby se stal napěťovou funkcí V = I R, lze jednoduchý obvod se dvěma rezistory považovat také za převodník proudu na napětí.

Rezistor omezující proud má stále hodnotu mnohem vyšší než snímací rezistor a tento snímací rezistor je dostatečně malý, aby nijak významně neovlivňoval činnost obvodu.

Použití rezistoru snímajícího proud

Proud se převádí na napětí skutečností, že malé napětí VD přes snímací rezistor lze detekovat multimetrem nebo může být zesíleno a aplikováno jako signál do A / D převodníku.

Toto naměřené napětí označuje proudový proud podle vzorce Ohmova zákona V = I R. Například pokud 0,001 A protéká 1 ohm, hodnota napětí je 0,001 V.

Převod je pro odpor 1 ohm jednoduchý, ale pokud je tato hodnota příliš vysoká, lze použít jinou hodnotu - například 0,01 ohmu - a napětí lze snadno zjistit pomocí V = I R.

Skutečná hodnota snímacího rezistoru není v této diskusi důležitá. Může být kdekoli od 0,1 ohmu do 10 ohmů, pokud je odpor omezující proud mnohem vyšší. U silnoproudých aplikací by hodnota snímacího rezistoru měla být velmi nízká, aby se zabránilo ztrátě nadměrného výkonu.

Dokonce i při hodnotě kolem 0,001 ohmu lze na něm snímat přiměřené napětí kvůli vysokému proudu. V takových případech se snímací rezistor běžně nazývá „zkratový“ rezistor.

Tento druh obvodu se často používá například k měření proudu stejnosměrným motorem. Je snadné použít multimetr k měření střídavého nebo stejnosměrného napětí v jakémkoli bodě elektronického obvodu, například na základní desce počítače. Na multimetru je nastavena příslušná stupnice napětí, černá sonda připojená k uzemňovacímu bodu a červená sonda připojená ke kontrolnímu bodu.

Napětí se poté odečte přímo. Doufejme, že impedance vstupních obvodů sondy je dostatečně vysoká, aby nijak neovlivnila činnost obvodu. Vstupní impedance sondy by měla mít velmi vysoký sériový odpor spolu s velmi nízkou bočníkovou kapacitou.

Měření proudového napětí ve složitých obvodech

Měření střídavého nebo stejnosměrného proudu v kterémkoli bodě obvodu namísto napětí se stává o něco složitějším a obvod může být nutné trochu upravit, aby se tomu přizpůsobilo. Je možné přerušit zapojení obvodu v místě, kde je požadováno měření proudu, a poté vložit snímací rezistor s nízkou hodnotou do dvou kontaktních bodů.

Hodnota tohoto rezistoru by měla být opět dostatečně nízká, aby neovlivnila činnost obvodu. Multimetrové sondy pak mohou být připojeny přes tento snímací rezistor pomocí příslušné stupnice napětí a napětí rezistoru by se zobrazilo.

To lze převést na proud protékající zkušebním bodem dělením hodnotou snímacího rezistoru, jako ve vzorci I = V / R.

V některých případech může být snímací rezistor trvale udržován v obvodu, pokud je třeba často měřit proud v určitém testovacím bodě.

Použití DMM ke kontrole proudu

Pravděpodobně by bylo mnohem jednodušší měřit tok proudu pomocí multimetru přímo, místo toho, aby bylo nutné používat snímací rezistor. Takže po přerušení vodiče v bodě, který se má měřit, může být snímací rezistor vynechán a vodiče multimetru připojeny přímo ke dvěma kontaktním bodům.

Pokud je nastavena příslušná stupnice střídavého nebo stejnosměrného proudu, na multimetru by se zobrazila indikace průtoku proudu. Před připojením všech sond je vždy důležité nastavit správnou stupnici napětí nebo proudu na multimetru nebo riskovat zveřejnění nulové hodnoty.

Když je na multimetru nastavena aktuální stupnice, vstupní impedance vstupních sond je velmi malá, podobně jako snímací rezistor.

Vstup sondy multimetru lze považovat za snímací nebo „bočníkový“ rezistor, takže samotný multimetr může být zahrnut místo RD rezistoru ve výše uvedeném diagramu. Doufejme, že vstupní impedance multimetru je dostatečně nízká, aby nijak neovlivnila činnost obvodu.

Jednoduché techniky převodu proudu na napětí a napětí na proud, o nichž pojednává tento článek, nejsou tak přesné jako ty, které jsou založeny na tranzistoru nebo zesilovači, ale pro mnoho aplikací budou fungovat dobře. Pomocí sériového obvodu zobrazeného výše je také možné provádět jiné typy jednoduchých převodů.

Například vstup se čtvercovými vlnami lze převést na křivku pilového zubu (integrátor) nahrazením komponenty D kondenzátorem.

Jediným omezením je, že časová konstanta RC by měla být velká vzhledem k periodě signálu obdélníkového vlnění.




Předchozí: Získávání volné energie ze vzduchu pomocí Sec Excitor cívky Další: Úvod do Schmittova spouště