Conversão de sinal de tensão em corrente

Nos circuitos de instrumentação, os sinais DC são frequentemente usados ​​como representações analógicas de medições físicas, como temperatura, pressão, fluxo, peso e movimento. Mais comumente, corrente DC sinais são usados ​​em preferência à tensão DC sinais, porque os sinais de corrente são exatamente iguais em magnitude ao longo do circuito em série levando a corrente da fonte (dispositivo de medição) para a carga (indicador, gravador ou controlador), enquanto os sinais de tensão em um circuito paralelo podem variar de uma extremidade à outro devido a perdas resistivas do fio. Além disso, os instrumentos de detecção de corrente normalmente têm impedâncias baixas (enquanto os instrumentos de detecção de tensão têm impedâncias altas), o que dá aos instrumentos de detecção de corrente maior imunidade a ruído elétrico.

Para usar a corrente como uma representação analógica de uma quantidade física, temos que ter alguma maneira de gerar uma quantidade precisa de corrente dentro do circuito de sinal. Mas como geramos um sinal de corrente preciso quando podemos não saber a resistência do loop? A resposta é usar um amplificador projetado para manter a corrente em um valor prescrito, aplicando tanta ou tão pouca tensão quanto necessário ao circuito de carga para manter esse valor. Esse amplificador desempenha a função de uma fonte de corrente . Um amplificador operacional com feedback negativo é um candidato perfeito para essa tarefa:



A tensão de entrada para este circuito é considerada proveniente de algum tipo de arranjo de transdutor / amplificador físico, calibrado para produzir 1 volt a 0 por cento da medição física e 5 volts a 100 por cento da medição física. A faixa de sinal de corrente analógica padrão é de 4 mA a 20 mA, significando 0% a 100% da faixa de medição, respectivamente. Na entrada de 5 volts, o resistor de 250 Ω (precisão) terá 5 volts aplicados através dele, resultando em 20 mA de corrente no circuito de loop grande (com R _load ) Não importa qual valor de resistência R _load é, ou quanta resistência do fio está presente naquele grande loop, contanto que o amplificador operacional tenha uma tensão de fonte de alimentação alta o suficiente para produzir a tensão necessária para obter 20 mA fluindo através de R _load . O resistor de 250 Ω estabelece a relação entre a tensão de entrada e a corrente de saída, neste caso criando a equivalência de 1-5 V in / 4-20 mA out. Se estivéssemos convertendo o sinal de entrada de 1-5 volts em um sinal de saída de 10-50 mA (um padrão de instrumentação mais antigo e obsoleto para a indústria), usaríamos um resistor de precisão de 100 Ω em seu lugar.

Outro nome para este circuito é amplificador de transcondutância . Na eletrônica, a transcondutância é a razão matemática da variação da corrente dividida pela variação da tensão (ΔI / Δ V), e é medida na unidade da Siemens, a mesma unidade usada para expressar a condutância (o recíproco matemático da resistência:corrente / tensão) . Neste circuito, a relação de transcondutância é fixada pelo valor do resistor de 250 Ω, dando uma relação linear de saída / tensão de entrada.

REVER:

• Na indústria, os sinais de corrente DC são freqüentemente usados ​​em preferência aos sinais de tensão DC como representações analógicas de grandezas físicas. A corrente em um circuito em série é absolutamente igual em todos os pontos desse circuito, independentemente da resistência da fiação, enquanto a tensão em um circuito conectado em paralelo pode variar de ponta a ponta por causa da resistência do fio, tornando a sinalização de corrente mais precisa da "transmissão" para o instrumento “receptor”.
• Sinais de tensão são relativamente fáceis de produzir diretamente de dispositivos transdutores, enquanto sinais de corrente precisos não são. Os op-amps podem ser usados ​​para “converter” um sinal de tensão em um sinal de corrente com bastante facilidade. Neste modo, o op-amp produzirá qualquer tensão necessária para manter a corrente através do circuito de sinalização no valor adequado.

PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de circuitos opAmp do conversor de tensão / corrente