Conversión de Señal Tensión‑a‑Corriente: Diseño Práctico de Amplificador de Transconductancia

En instrumentación moderna, las señales de CC sirven como análogos analógicos de variables físicas como temperatura, presión, caudal, peso y movimiento. El formato preferido por la industria es una señal de corriente continua —típicamente de 4 mA a 20 mA— porque la corriente permanece uniforme a lo largo de un bucle en serie, independientemente de la resistencia del cable. En cambio, las señales de tensión pueden derivar en un circuito paralelo, introduciendo errores de medición.

Para generar una corriente precisa a partir de un transductor controlado por tensión, empleamos un amplificador de transconductancia —un op‑amp configurado con realimentación negativa que se comporta como una fuente de corriente ideal. El op‑amp suministra la tensión necesaria para mantener la corriente del bucle en un valor fijo, sin importar la resistencia de carga.

La entrada es una tensión calibrada de 1 V (0 % de medida) a 5 V (100 % de medida). El circuito usa una resistencia de precisión de 250 Ω para traducir esa tensión al rango estándar de 4‑20 mA: a 5 V circulan 20 mA por el bucle, y a 1 V, 4 mA. La resistencia de carga puede ser cualquier valor, y el op‑amp ajustará su tensión de salida en consecuencia —siempre que su tensión de alimentación sea suficiente para impulsar la corriente requerida. Si se necesita el estándar antiguo de 10‑50 mA, una resistencia de 100 Ω sustituye al componente de 250 Ω.

En electrónica, la transconductancia es la razón ΔI/ΔV, medida en Siemens. En este diseño, la resistencia de 250 Ω fija la transconductancia, asegurando una relación lineal corriente‑salida / tensión‑entrada.

Conclusiones Clave

• Las señales de corriente dominan la instrumentación industrial porque son inmunes a la resistencia del cable y proporcionan transmisión consistente y precisa.
• Las señales de tensión son más fáciles de generar directamente desde sensores, pero convertirlas a corriente requiere un amplificador de transconductancia estable.
• Un op‑amp configurado como fuente de corriente suministra la tensión exacta necesaria para mantener la corriente de bucle deseada.

Hoja de Trabajo Relacionada

• Hoja de trabajo de Circuitos OpAmp Conversores Tensión/Corriente