Conversión de señal de voltaje a corriente

En los circuitos de instrumentación, las señales de CC se utilizan a menudo como representaciones analógicas de medidas físicas como temperatura, presión, flujo, peso y movimiento. Más comúnmente, corriente CC las señales se utilizan con preferencia a la tensión CC señales, porque las señales de corriente son exactamente iguales en magnitud en todo el circuito en serie que lleva la corriente desde la fuente (dispositivo de medición) a la carga (indicador, registrador o controlador), mientras que las señales de voltaje en un circuito paralelo pueden variar de un extremo al otro otros debido a las pérdidas resistivas del cable. Además, los instrumentos de detección de corriente generalmente tienen impedancias bajas (mientras que los instrumentos de detección de voltaje tienen impedancias altas), lo que les da a los instrumentos de detección de corriente una mayor inmunidad al ruido eléctrico.

Para usar la corriente como una representación analógica de una cantidad física, debemos tener alguna forma de generar una cantidad precisa de corriente dentro del circuito de señal. Pero, ¿cómo generamos una señal de corriente precisa cuando es posible que no conozcamos la resistencia del bucle? La respuesta es usar un amplificador diseñado para mantener la corriente en un valor prescrito, aplicando tanto o tan poco voltaje como sea necesario al circuito de carga para mantener ese valor. Tal amplificador realiza la función de una fuente de corriente . Un amplificador operacional con retroalimentación negativa es un candidato perfecto para tal tarea:

Se supone que el voltaje de entrada a este circuito proviene de algún tipo de arreglo de transductor / amplificador físico, calibrado para producir 1 voltio al 0 por ciento de la medición física y 5 voltios al 100 por ciento de la medición física. El rango de la señal de corriente analógica estándar es de 4 mA a 20 mA, lo que significa del 0% al 100% del rango de medición, respectivamente. A una entrada de 5 voltios, la resistencia de 250 Ω (precisión) tendrá 5 voltios aplicados a través de ella, lo que dará como resultado 20 mA de corriente en el circuito de bucle grande (con R _carga ). No importa qué valor de resistencia R _load es, o cuánta resistencia del cable está presente en ese bucle grande, siempre que el amplificador operacional tenga un voltaje de suministro de energía lo suficientemente alto como para generar el voltaje necesario para que fluyan 20 mA a través de R _carga . La resistencia de 250 Ω establece la relación entre el voltaje de entrada y la corriente de salida, en este caso creando la equivalencia de 1-5 V de entrada / 4-20 mA de salida. Si estuviéramos convirtiendo la señal de entrada de 1-5 voltios en una señal de salida de 10-50 mA (un estándar de instrumentación obsoleto y antiguo para la industria), usaríamos una resistencia de precisión de 100 Ω en su lugar.

Otro nombre para este circuito es amplificador de transconductancia . En electrónica, la transconductancia es la relación matemática del cambio de corriente dividida por el cambio de voltaje (ΔI / Δ V), y se mide en la unidad de Siemens, la misma unidad utilizada para expresar la conductancia (el recíproco matemático de la resistencia:corriente / voltaje) . En este circuito, la relación de transconductancia está fijada por el valor de la resistencia de 250 Ω, lo que da una relación lineal de entrada / salida de corriente.

REVISAR:

• En la industria, las señales de corriente CC se utilizan a menudo con preferencia a las señales de voltaje CC como representaciones analógicas de cantidades físicas. La corriente en un circuito en serie es absolutamente igual en todos los puntos de ese circuito independientemente de la resistencia del cableado, mientras que el voltaje en un circuito conectado en paralelo puede variar de un extremo a otro debido a la resistencia del cable, lo que hace que la señalización de corriente sea más precisa desde la "transmisión" a el instrumento "receptor".
• Las señales de voltaje son relativamente fáciles de producir directamente desde dispositivos transductores, mientras que las señales de corriente precisas no lo son. Los amplificadores operacionales se pueden usar para "convertir" una señal de voltaje en una señal de corriente con bastante facilidad. En este modo, el amplificador operacional generará cualquier voltaje que sea necesario para mantener la corriente a través del circuito de señalización en el valor adecuado.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de circuitos OpAmp convertidores de voltaje / corriente