Conversão de Sinal Tensão-para-Corrente: Projeto Prático de Amplificador Transcondutância

Na instrumentação moderna, sinais CC servem como proxies analógicos para variáveis físicas como temperatura, pressão, vazão, peso e movimento. O formato preferido da indústria é um sinal de corrente CC — tipicamente 4 mA a 20 mA — porque a corrente permanece uniforme em todo um laço em série, independentemente da resistência do fio. Em contraste, sinais de tensão podem variar em um circuito paralelo, introduzindo erros de medição.

Para gerar uma corrente precisa a partir de um transdutor acionado por tensão, empregamos um amplificador de transcondutância — um op-amp configurado com realimentação negativa que se comporta como uma fonte de corrente ideal. O op-amp fornece qualquer tensão necessária para manter a corrente do laço em um valor fixo, independentemente da resistência de carga.

A entrada é uma tensão calibrada de 1 V (0% medição) a 5 V (100% medição). O circuito usa um resistor de precisão de 250 Ω para traduzir essa tensão na faixa padrão de corrente 4 mA–20 mA: a 5 V, 20 mA fluem pelo laço, e a 1 V, 4 mA fluem. A resistência de carga pode ser qualquer valor, e o op-amp ajustará sua tensão de saída de acordo — desde que sua tensão de alimentação seja suficiente para impulsionar a corrente requerida. Se um padrão antigo de 10 mA–50 mA for necessário, um resistor de 100 Ω substitui o componente de 250 Ω.

Em eletrônica, transcondutância é a razão ΔI/ΔV, medida em Siemens. Neste projeto, o resistor de 250 Ω fixa a transcondutância, garantindo uma relação linear corrente-saída/tensão-entrada.

Principais Conclusões

• Sinais de corrente dominam a instrumentação industrial porque são imunes à resistência do fio e fornecem transmissão consistente e precisa.
• Sinais de tensão são mais fáceis de gerar diretamente de sensores, mas convertê-los em corrente requer um amplificador de transcondutância estável.
• Um op-amp configurado como fonte de corrente fornece a tensão exata necessária para manter a corrente desejada no laço.

Planilha Relacionada

• Planilha de Circuitos OpAmp Conversores Tensão/Corrente