Spanning-naar-stroom signaalconversie
In instrumentatieschakelingen worden DC-signalen vaak gebruikt als analoge representaties van fysieke metingen zoals temperatuur, druk, stroming, gewicht en beweging. Meestal DC-stroom signalen worden gebruikt in plaats van DC-spanning signalen, omdat stroomsignalen exact gelijk zijn in grootte door de seriekringloop die stroom voert van de bron (meetapparaat) naar de belasting (indicator, recorder of controller), terwijl spanningssignalen in een parallelle schakeling van het ene uiteinde naar het andere kunnen variëren. andere als gevolg van resistieve draadverliezen. Bovendien hebben stroomgevoelige instrumenten doorgaans lage impedanties (terwijl spanningsgevoelige instrumenten hoge impedanties hebben), waardoor stroomgevoelige instrumenten een grotere immuniteit tegen elektrische ruis hebben.
Om stroom te gebruiken als een analoge weergave van een fysieke grootheid, moeten we een manier hebben om een precieze hoeveelheid stroom binnen het signaalcircuit te genereren. Maar hoe genereren we een nauwkeurig stroomsignaal als we de weerstand van de lus misschien niet kennen? Het antwoord is om een versterker te gebruiken die is ontworpen om de stroom op een voorgeschreven waarde te houden, waarbij zo veel of zo weinig spanning wordt aangelegd als nodig is op het belastingscircuit om die waarde te behouden. Zo'n versterker vervult de functie van een stroombron . Een op-amp met negatieve feedback is een perfecte kandidaat voor een dergelijke taak:
Aangenomen wordt dat de ingangsspanning naar dit circuit afkomstig is van een soort fysieke transducer/versterker, gekalibreerd om 1 volt te produceren bij 0 procent fysieke meting en 5 volt bij 100 procent fysieke meting. Het standaard analoge stroomsignaalbereik is 4 mA tot 20 mA, wat respectievelijk 0% tot 100% van het meetbereik betekent. Bij een ingang van 5 volt zal op de 250 Ω (precisie) weerstand 5 volt worden toegepast, wat resulteert in 20 mA stroom in het grote luscircuit (met Rbelasting ). Het maakt niet uit welke weerstandswaarde Rbelasting is, of hoeveel draadweerstand er in die grote lus aanwezig is, zolang de op-amp een voldoende hoge voedingsspanning heeft om de spanning uit te voeren die nodig is om 20 mA door Rbelasting te laten stromen . De weerstand van 250 legt de relatie tussen ingangsspanning en uitgangsstroom, in dit geval de equivalentie van 1-5 V in / 4-20 mA uit. Als we het ingangssignaal van 1-5 volt zouden omzetten in een uitgangssignaal van 10-50 mA (een oudere, verouderde instrumentatiestandaard voor de industrie), zouden we in plaats daarvan een precisieweerstand van 100 Ω gebruiken.
Een andere naam voor deze schakeling is transconductantieversterker . In de elektronica is transconductantie de wiskundige verhouding van stroomverandering gedeeld door spanningsverandering (ΔI / Δ V), en wordt gemeten in de eenheid van Siemens, dezelfde eenheid die wordt gebruikt om geleiding uit te drukken (het wiskundige omgekeerde van weerstand:stroom/spanning) . In dit circuit wordt de transconductantieverhouding vastgesteld door de waarde van de 250 -weerstand, waardoor een lineaire stroom-uit/spanning-in-relatie ontstaat.
BEOORDELING:
- In de industrie worden DC-stroomsignalen vaak gebruikt in plaats van DC-spanningssignalen als analoge representaties van fysieke grootheden. De stroom in een serieschakeling is absoluut gelijk op alle punten in dat circuit, ongeacht de bedradingsweerstand, terwijl de spanning in een parallel geschakelde schakeling van begin tot eind kan variëren vanwege de draadweerstand, waardoor de stroomsignalering nauwkeuriger wordt van de "zendende" naar de het "ontvangende" instrument.
- Spanningssignalen zijn relatief eenvoudig rechtstreeks te produceren door transducers, terwijl nauwkeurige stroomsignalen dat niet zijn. Op-amps kunnen worden gebruikt om een spanningssignaal vrij eenvoudig om te zetten in een stroomsignaal. In deze modus geeft de op-amp de spanning af die nodig is om de stroom door het signaleringscircuit op de juiste waarde te houden.
GERELATEERD WERKBLAD:
- Werkblad Spanning/stroomomvormer OpAmp-circuits
Industriële technologie