Spanning‑naar‑Stroom Signaalconversie: Praktisch Transconductantie‑Versterkerontwerp

In moderne instrumentatie dienen DC‑signalen als analoge stellvertreters voor fysische variabelen zoals temperatuur, druk, stroom, gewicht en beweging. De industriestandaard is een DC‑stroom signaal – typisch 4 mA tot 20 mA – omdat stroom uniform blijgt door een serieslus, ongeacht de draadweerstand. Spanningssignalen daarentegen kunnen afdwalen in een parallelle schakeling, wat meetfouten introduceert.

Om een nauwkeurige stroom te genereren uit een spanning‑gedreven sensor, gebruiken we een transconductantie‑versterker – een op‑amp geconfigureerd met negatieve feedback die zich gedraagt als een ideale stroombron. De op‑amp levert welke spanning ook nodig is om de lusstroom op een vastgelegde waarde te houden, onafhankelijk van de lastweerstand.

De invoer is een gekalibreerde spanning van 1 V (0 % meting) tot 5 V (100 % meting). Het circuit gebruikt een precisie 250 Ω weerstand om die spanning te vertalen naar de standaard 4 mA–20 mA stroomrange: bij 5 V vloeit 20 mA door de lus, en bij 1 V vloeit 4 mA. De lastweerstand kan elke waarde hebben, en de op‑amp zal de uitgangsspanning dienovereenkomstig aanpassen – mits de voedingsspanning voldoende is om de benodigde stroom te leveren. Als een oudere 10 mA–50 mA standaard nodig is, vervangt een 100 Ω weerstand de 250 Ω component.

In de elektronica is transconductantie de verhouding ΔI/ΔV, gemeten in Siemens. In dit ontwerp vastlegt de 250 Ω weerstand de transconductantie, wat een lineaire stroom‑uit/spanning‑in relatie garandeert.

Belangrijkste aanwijzingen

• Stroomsignalen domineren in industriële instrumentatie omdat ze ongevoelig zijn voor draadweerstand en consistente, nauwkeurige transmissie bieden.
• Spanningssignalen zijn direct van sensoren te genereren, maar het converteren ervan naar stroom vereist een stabiele transconductantie‑versterker.
• Een op‑amp geconfigureerd als stroombron levert de exacte spanning nodig om de gewenste lusstroom te handhaven.

Gerelateerd werkblad

• Spanning/Stroom Converter OpAmp Schakelingen Werkblad