Existuje mnoho typov obvodov prevodníka napätia na prúd a prúd na napätie a väčšina z nich na dosiahnutie vysokej úrovne presnosti používa kombináciu opampov a tranzistorov. Ak však nie je potrebná vysoká presnosť, jednoduchý prevodník tohto typu je možné vyrobiť pomocou iba jedného alebo dvoch rezistorov.
Rezistor ako prevodník napätia na prúd
Akýkoľvek odpor R, ktorý je pripojený k napájaciemu zdroju V, sa môže považovať za prevodník napätia na prúd, pretože prúd závisí od napätia cez Ohmov zákon - vzorec pre ktorý je I = V / R.
Ak je jeden koniec rezistora odpojený a k odpojenému terminálu napájacieho zdroja a rezistoru je pripojený ďalší komponent D, takže R a D sú zapojené do série naprieč napájacím zdrojom, bude sa obvod pri poklese napätia chovať ako prevodník napätia na prúd cez zložku D je veľmi malá alebo relatívne konštantná.
Touto súčiastkou môže byť dióda, LED alebo Zenerova dióda alebo dokonca odpor s nízkou hodnotou. Nasledujúci diagram zobrazuje tieto možné kombinácie. Odpor R možno tiež považovať za odpor obmedzujúci prúd pre pridanú zložku D.
Prúd, ktorý preteká cez D, je určený jednoduchým vzorcom: I = (V - VD) / R, kde VD je pokles napätia na pridanej zložke.
Pri konštantných hodnotách VD a R prúd závisí iba od V. Pre dopredné diódy s predpätím je VD pre germánium približne 0,3 - 0,35 voltu a pre kremíkové diódy 0,6 - 0,7 voltu a je relatívne konštantný v širokom rozsahu prúdov. LED diódy sú podobné diódam, až na to, že sú vyrobené zo špeciálnych materiálov, ktoré vyžarujú svetlo.
Ako fungujú LED diódy s rezistormi
Majú dopredné predpätie, ktoré je o niečo vyššie ako bežné diódy, a podľa farby môžu byť kdekoľvek od približne 1,4 voltu do viac ako 3 voltov. LED diódy pracujú efektívne pri približne 10 mA až 40 mA a rezistor obmedzujúci prúd je takmer vždy pripojený k jednej zo svoriek LED, aby sa zabránilo poškodeniu v dôsledku vysokého prúdu.
Pokles napätia diód a LED diód pre rôzne úrovne prúdu sa mierne zmenil, ale tieto môžu byť vo výpočte zvyčajne zanedbané. Zenerove diódy sa líšia tým, že sú spojené so spätným predpätím.
Týmto sa nastaví pevný pokles napätia VD na zenerovej dióde, ktorý môže byť kdekoľvek od 2 V do približne 300 V, v závislosti od typu. Aby niektoré z týchto zariadení fungovalo, musí byť napájacie napätie vyššie ako pokles napätia VD.
Akákoľvek hodnota odporu by fungovala, pokiaľ je jeho hodnota dostatočne nízka na to, aby umožnil prúdenie dostatočného prúdu, a zároveň, že je dostatočne vysoká na to, aby nepretekal prebytočný prúd. Zvyčajne je niekde v tomto sériovom obvode vložený spínací komponent, ktorý zapína alebo vypína LED diódu atď. Môže to byť tranzistor, FET alebo koncový stupeň operačného zosilňovača.
LED a odpor vo svietidlách
LED svietidlo v zásade pozostáva z batérie, spínača, LED a rezistora obmedzujúceho prúd - všetky sú zapojené do série. Obvod, ktorý obmedzuje prúd, sa niekedy skladá z dvoch rezistorov zapojených do série cez napájací zdroj, namiesto zariadenia typu rezistor-dióda.
Druhý odpor RD má oveľa menšiu hodnotu ako odpor obmedzujúci prúd, R, a často sa nazýva skratový alebo „snímací“ odpor.
Obvod je stále možné považovať za prevodník napätia na prúd, pretože vyššie uvedený vzorec je možné teraz znížiť na I = V / R, pretože VD je v porovnaní s V zanedbateľný.
Prúd bude teraz závisieť iba od napätia, pretože R je konštantný. Tento druh obvodu možno často nájsť v rôznych obvodoch snímačov, ako sú snímače teploty a tlaku, kde má v zariadení s malým odporom tiecť definované množstvo prúdu.
Napätie v tomto prístroji sa zvyčajne zosilňuje, aby sa zmerala akákoľvek zmena, pretože sa mení odpor snímača za rôznych podmienok. Toto napätie dokáže čítať dokonca aj multimetr, ak má dostatočnú citlivosť.
Ak sa vzorec I = V / R prevráti tak, aby sa z neho stala napäťová funkcia V = I R, jednoduchý sériový obvod s dvoma rezistormi sa dá považovať aj za prevodník prúdu na napätie.
Rezistor obmedzujúci prúd má stále oveľa vyššiu hodnotu ako snímací rezistor a tento snímací rezistor je dostatočne malý na to, aby nijako významne neovplyvnil činnosť obvodu.
Používanie rezistora snímajúceho prúd
Prúd sa prevádza na napätie skutočnosťou, že malé napätie VD cez snímací rezistor sa dá zistiť multimetrom alebo sa môže zosilniť a aplikovať ako signál do A / D prevodníka.
Toto namerané napätie označuje prúdový prúd pomocou Ohmovho vzorca V = I R. Napríklad ak 0,001 A pretečie cez 1 ohm, hodnota napätia je 0,001 V.
Prepočet je pre odpor 1 ohm jednoduchý, ale ak je táto hodnota príliš vysoká, je možné použiť inú hodnotu - napríklad 0,01 ohmov - a napätie možno ľahko zistiť pomocou V = I R.
Skutočná hodnota snímacieho rezistora nie je v tejto diskusii dôležitá. Môže byť kdekoľvek od 0,1 ohmu do 10 ohmov, pokiaľ je odpor obmedzujúci prúd oveľa vyšší. V silnoprúdových aplikáciách by hodnota snímacieho rezistora mala byť veľmi nízka, aby sa zabránilo nadmernému rozptýleniu výkonu.
Aj pri hodnote okolo 0,001 ohmov je možné z dôvodu vysokého toku prúdu snímať na nej rozumné napätie. V takýchto prípadoch sa snímací rezistor bežne nazýva skratovým rezistorom.
Tento druh obvodu sa často používa na meranie prúdu napríklad pomocou jednosmerného motora. Pomocou multimetra je jednoduché merať striedavé alebo jednosmerné napätie v ľubovoľnom bode elektronického obvodu, napríklad na základnej doske počítača. Na multimetri je nastavená príslušná stupnica napätia, čierna sonda pripojená k uzemňovaciemu bodu a červená sonda pripojená k kontrolnému bodu.
Napätie sa potom číta priamo. Dúfajme, že impedancia vstupných obvodov sondy je dostatočne vysoká, aby nijako neovplyvnila činnosť obvodu. Vstupná impedancia sondy by mala mať veľmi vysoký sériový odpor spolu s veľmi nízkou bočnou kapacitou.
Meranie prúdového napätia v zložitých obvodoch
Meranie striedavého alebo jednosmerného prúdu v ktoromkoľvek bode obvodu namiesto napätia sa stáva o niečo zložitejším a obvod bude možno musieť trochu upraviť, aby sa tomu prispôsobilo. Je možné, že je možné prerušiť vedenie obvodu v mieste, kde je požadované meranie prúdového prúdu, a potom do dvoch kontaktných bodov vložiť snímací rezistor s nízkou hodnotou.
Hodnota tohto rezistora by opäť mala byť dostatočne nízka, aby to neovplyvnilo činnosť obvodu. Potom môžu byť multimetrové sondy pripojené k tomuto snímaciemu rezistoru pomocou príslušnej stupnice napätia a napätie rezistora sa zobrazí.
Toto je možné previesť na prúd pretekajúci testovacím bodom vydelením hodnotou snímacieho odporu, ako vo vzorci I = V / R.
V niektorých prípadoch je možné snímací rezistor udržiavať v obvode natrvalo, ak je potrebné často merať prúd v konkrétnom testovacom bode.
Používanie DMM na kontrolu prúdu
Pravdepodobne by bolo oveľa jednoduchšie merať tok prúdu pomocou multimetra priamo, namiesto použitia snímacieho odporu. Takže po prestrihnutí vodiča v bode, ktorý sa má merať, môže byť snímací rezistor vynechaný a vodiče multimetra pripojené priamo k dvom kontaktným bodom.
Indikátor prietoku prúdu by sa na multimetri zobrazil, ak je nastavená príslušná stupnica striedavého alebo jednosmerného prúdu. Pred zapojením akýchkoľvek sond je vždy dôležité nastaviť správnu stupnicu napätia alebo prúdu na multimetri alebo riskovať zverejnenie nulovej hodnoty.
Keď je na multimetri nastavená prúdová stupnica, vstupná impedancia vstupných sond sa stáva veľmi malou, podobne ako snímací odpor.
Vstup sondy multimetra možno považovať za snímací alebo „bočníkový“ rezistor, takže samotný multimetr môže byť na vyššie uvedenom diagrame zahrnutý namiesto odporu RD. Dúfajme, že vstupná impedancia multimetra je dostatočne nízka, aby nijako neovplyvnila fungovanie obvodu.
Jednoduché techniky prepočtu prúdu na napätie a napätie na prúd, o ktorých pojednáva tento článok, nie sú také presné ako techniky založené na tranzistoroch alebo zosilňovačoch, ale pre mnoho aplikácií budú fungovať dobre. Pomocou sériového obvodu zobrazeného vyššie je tiež možné vykonať iné typy jednoduchých konverzií.
Napríklad vstup štvorcových vĺn je možné previesť na tvar vlny píly (integrátor) nahradením zložky D kondenzátorom.
Jediným obmedzením je, že časová konštanta RC by mala byť veľká vzhľadom na periódu signálu obdĺžnikovej vlny.
Dvojica: Získavanie voľnej energie zo vzduchu pomocou cievky Sec Excitor Ďalej: Úvod do Schmitt Trigger
