Simple Voltage-to-Current og Current-to-Voltage Techniques - Av James H. Reinholm

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





Det er mange typer spennings-til-strøm- og strøm-til-spenningsomformerkretser, og de fleste av dem bruker en kombinasjon av opamper og transistorer for å oppnå et høyt nøyaktighetsnivå. Men når høy nøyaktighet ikke er nødvendig, kan en enkel omformer av denne typen lages med bare en eller to motstander.

Motstand som spenning til strømomformer

Enhver motstand R som er koblet over en strømforsyning V kan betraktes som en spenning til strømomformer, siden strømmen avhenger av spenningen via Ohms lov - formelen for hvilken er I = V / R.



Hvis den ene enden av motstanden er frakoblet, og en annen komponent D er koblet til den frakoblede strømforsyningsterminalen og motstanden slik at R og D er i serie over strømforsyningen, oppfører kretsen seg fortsatt som en spenning til strømomformer hvis spenningsfallet over komponenten D er veldig liten eller relativt konstant.

Denne komponenten kan være en diode, LED eller zenerdiode, eller til og med en motstand med lav verdi. Diagrammet nedenfor viser disse mulige kombinasjonene. Motstanden R kan også betraktes som en strømbegrensende motstand for den tilførte komponenten D.



Strømmen som strømmer gjennom D bestemmes av den enkle formelen: I = (V - VD) / R, hvor VD er spenningsfallet over den tilførte komponenten.


For konstante verdier av VD og R, avhenger strømmen bare av V. For forspente dioder er VD omtrent 0,3 - 0,35 volt for germanium og 0,6 - 0,7 volt for silisiumdioder, og er relativt konstant over et bredt spekter av strømmer. LED-er ligner på dioder, bortsett fra at de er konstruert med spesielle materialer som avgir lys.

Hvordan lysdioder fungerer med motstander

De har en forspenning forover som er litt høyere enn vanlige dioder, og kan være alt fra omtrent 1,4 volt til over 3 volt, avhengig av farge. Lysdioder fungerer effektivt på omtrent 10 mA til 40 mA, og en strømbegrensende motstand er nesten alltid koblet til en av LED-terminalene for å forhindre skade på grunn av høy strøm.

Det er små endringer i spenningsfallet til dioder og lysdioder for forskjellige strømnivåer, men disse kan vanligvis ignoreres i beregningen. Zener-dioder er forskjellige ved at de er forbundet med omvendt skjevhet.

Dette setter et fast spenningsfall VD over zenerdioden som kan være alt fra 2V til rundt 300V, avhengig av type. For at noen av disse enhetene skal fungere, må forsyningsspenningen være høyere enn spenningsfallet VD.

Enhver motstandsverdi vil fungere, så lenge verdien er lav nok til å tillate tilstrekkelig strøm å strømme, samtidig som den er høy nok til å holde overflødig strøm fra å strømme. Vanligvis er det en koblingskomponent satt inn et eller annet sted i denne seriekretsen, som slår en LED på eller av osv. Dette kan være en transistor, FET eller utgangstrinnet til en opamp.

LED og motstand i lommelykter

En LED-lommelykt består i utgangspunktet av et batteri, bryter, LED og strømbegrensende motstand som alle er koblet i serie. Noen ganger består strømbegrensningskretsen av to motstander i serie over en strømforsyning, i stedet for en motstands- og diodetype.

Den andre motstanden RD har en mye mindre verdi enn den nåværende begrensningsmotstanden, R, og kalles ofte en 'shunt' eller 'sense' motstand.

Kretsen kan fremdeles tenkes som en spennings-til-strøm-omformer, da formelen ovenfor kan nå reduseres til I = V / R, siden VD er ubetydelig sammenlignet med V.

Strømmen vil nå bare avhenge av spenningen, siden R er konstant. Denne typen krets kan ofte finnes i forskjellige sensorkretser, for eksempel temperatur- og trykkfølere, der en definert mengde strøm skal strømme i en enhet med liten motstand.

Spenningen over denne enheten forsterkes vanligvis for å måle endringer ettersom sensormotstanden endres under varierende forhold. Denne spenningen kan til og med leses av et multimeter hvis den har tilstrekkelig følsomhet.

Hvis formelen I = V / R snus rundt for å bli en spenningsfunksjon V = I R, kan den enkle to-motstandsseriekretsen også betraktes som en strøm til spenningsomformer.

Den nåværende begrensningsmotstanden har fortsatt en verdi som er mye høyere enn sensormotstanden, og denne sensormotstanden er liten nok til at den ikke påvirker kretsens drift på en meningsfull måte.

Bruke en strømfølende motstand

En strøm konverteres til en spenning ved at den lille spenningen VD over sensormotstanden kan oppdages av et multimeter, eller den kan forsterkes og påføres som et signal i en A / D-omformer.

Denne målte spenningen indikerer strømmen med Ohms lovformel V = I R. Hvis for eksempel 0,001 A strømmer gjennom 1 ohm, er spenningsavlesningen 0,001 V.

Konverteringen er enkel for en 1 ohm motstand, men hvis denne verdien er for høy, kan en annen verdi - som 0,01 ohm - brukes, og spenningen kan lett bli funnet ved å bruke V = I R.

Den faktiske verdien av sansemotstanden er ikke viktig i denne diskusjonen. Det kan være hvor som helst fra 0,1 ohm til 10 ohm, så lenge den nåværende begrensningsmotstanden er mye høyere. I applikasjoner med høy strøm, bør sensormotstanden være veldig lav for å forhindre overflødig spredning av strøm.

Selv med en verdi på rundt 0,001 ohm, kan en rimelig spenning registreres over den på grunn av den høye strømstrømmen. I tilfeller som dette kalles sansemotstanden vanligvis en 'shunt' -motstand.

Denne typen krets brukes ofte til å måle strømmen gjennom en DC-motor, for eksempel. Det er en enkel sak å bruke et multimeter til å måle vekselstrøm eller likestrøm når som helst i en elektronisk krets, for eksempel på et PC-hovedkort. En passende spenningsskala er satt på multimeteret, den sorte sonden er koblet til et jordpunkt og den røde sonden er koblet til sjekkpunktet.

Spenningen leses deretter direkte. Forhåpentligvis er impedansen til sondeinngangskretsene høy nok til at den ikke påvirker kretsens drift på noen måte. Sondens inngangsimpedans skal ha en veldig høy seriemotstand sammen med en veldig lav shuntkapasitans.

Måling av strømspenning i komplekse kretser

Å måle vekselstrøm eller likestrøm når som helst i en krets i stedet for spenning blir litt vanskeligere, og kretsen må kanskje endres litt for å imøtekomme dette. Det kan være mulig å kutte ledningene til en krets på det punktet der det ønskes måling av strømmen, og deretter sette inn en følemotstand med en lav verdi ved de to kontaktpunktene.

Igjen, denne motstandens verdi bør være lav nok til at den ikke påvirker kretsens drift. Multimeter-sonder kan deretter kobles over denne følemotstanden ved hjelp av riktig spenningsskala, og motstandsspenningen vil vises.

Dette kan konverteres til strømmen som strømmer gjennom testpunktet ved å dele med sansemotstandsverdien, som i formelen I = V / R.

I noen tilfeller kan sansemotstanden holdes permanent i kretsen hvis strømmen ved et bestemt testpunkt må måles ofte.

Bruke en DMM for å kontrollere strømmen

Det ville trolig være mye lettere å måle strømmen med multimeteret direkte, i stedet for å måtte bruke en følemotstand. Så etter å ha kuttet ledningen på det punktet som skal måles, kan sansemotstanden utelates og multimeterets ledninger kobles direkte til de to kontaktpunktene.

En strømindikasjon vil vises på multimeteret hvis den riktige vekselstrøm- eller likestrømskalaen er satt. Det er alltid viktig å stille inn riktig spenning eller strømskala på et multimeter før du kobler til noen sonder, eller risikerer å legge til en måling på null.

Når en strømskala er satt på et multimeter, blir inngangsimpedansen til inngangssondene veldig liten, i likhet med en følemotstand.

Sondeinngangen til et multimeter kan betraktes som sense- eller “shunt” -motstand, slik at selve multimeteret kan inkluderes i stedet for RD-motstanden i diagrammet ovenfor. Forhåpentligvis er inngangsimpedansen til multimeteret lav nok til at det ikke påvirker kretsdriften på noen måte.

De enkle teknikkene for konvertering av strøm til spenning og spenning til strøm som er diskutert i denne artikkelen, er ikke så presise som de som er basert på en transistor eller forsterker, men for mange applikasjoner vil de fungere helt fint. Det er også mulig å gjøre andre typer enkle konverteringer ved hjelp av seriekretsen vist ovenfor.

For eksempel kan en firkantbølgeinngang konverteres til en sagtannbølgeform (integrator) ved å erstatte D-komponenten med en kondensator.

Den eneste begrensningen er at tidskonstanten RC skal være stor i forhold til perioden for firkantbølgesignalet.




Forrige: Henter gratis energi fra luft ved hjelp av en Sec Excitor Coil Neste: Introduksjon til Schmitt Trigger