Yksinkertaiset jännite-virta-ja nykyinen-jännite tekniikat - kirjoittanut James H. Reinholm

Jännite-virta- ja virta-jännite-muunninpiirejä on monenlaisia, ja useimmat niistä käyttävät opampien ja transistoreiden yhdistelmää korkean tarkkuustason saavuttamiseksi. Mutta kun suurta tarkkuutta ei tarvita, yksinkertainen tämäntyyppinen muunnin voidaan tehdä vain yhdellä tai kahdella vastuksella.

Vastus jännitteen ja virran muuntimena

Mikä tahansa vastus R, joka on kytketty virtalähteen V yli, voidaan katsoa jännitteeksi virtamuuntajaksi, koska virta riippuu jännitteestä Ohmin lain kautta - kaava, jonka I = V / R.

Jos vastuksen toinen pää irrotetaan ja toinen komponentti D kytketään irrotettuun virtalähteen liittimeen ja vastukseen siten, että R ja D ovat sarjaan virtalähteen poikki, piiri käyttäytyy silti kuin jännite virtamuuntajaan, jos jännitteen pudotus komponentin D poikki on hyvin pieni tai suhteellisen vakio.

Tämä komponentti voi olla diodi, LED tai zener-diodi tai jopa pieniarvoinen vastus. Alla oleva kaavio näyttää nämä mahdolliset yhdistelmät. Vastuksen R voidaan myös ajatella virtaa rajoittavaksi vastukseksi lisätylle komponentille D.

D: n läpi virtaava virta määritetään yksinkertaisella kaavalla: I = (V - VD) / R, jossa VD on jännitteen pudotus lisätyn komponentin yli.

VD: n ja R: n vakioarvoille virta riippuu vain V.: stä eteenpäin esijännitetyille diodeille VD on noin 0,3 - 0,35 volttia germaniumille ja 0,6 - 0,7 volttia piidiodeille, ja se on suhteellisen vakio laajalla virta-alueella. LEDit ovat samanlaisia ​​kuin diodit, paitsi että ne on rakennettu käyttämällä erityisiä materiaaleja, jotka lähettävät valoa.

Kuinka LEDit toimivat vastusten kanssa

Heillä on eteenpäin suuntautuva esijännite, joka on hieman korkeampi kuin tavalliset diodit, ja se voi olla missä tahansa noin 1,4 voltista yli 3 volttiin väristä riippuen. LEDit toimivat tehokkaasti noin 10--40 mA: lla, ja virranrajoitusvastus on melkein aina kytketty yhteen LED-liittimistä suurivirrasta johtuvien vaurioiden estämiseksi.

Diodien ja LEDien jännitehäviöissä on pieniä muutoksia eri virtatasoilla, mutta nämä voidaan yleensä jättää huomiotta laskennassa. Zener-diodit ovat erilaisia ​​siinä mielessä, että ne on kytketty käänteiseen esijännitteeseen.

Tämä asettaa kiinteän jännitehäviön VD zener-diodin yli, joka voi olla missä tahansa välillä 2 V - noin 300 V, tyypistä riippuen. Jotta mikä tahansa näistä laitteista toimisi, syöttöjännitteen on oltava suurempi kuin jännitehäviö VD.

Mikä tahansa vastuksen arvo toimisi, kunhan sen arvo on riittävän pieni salliakseen riittävän virran virrata, samalla kun se on riittävän korkea pitämään ylivirta virtaamasta. Yleensä tähän sarjapiiriin on kytketty kytkentäkomponentti, joka kytkee LEDin päälle tai pois päältä jne. Tämä voi olla transistori, FET tai opampin lähtövaihe.

LED ja vastus taskulampuissa

LED-taskulamppu koostuu periaatteessa akusta, kytkimestä, LEDistä ja virtaa rajoittavasta vastuksesta, jotka kaikki on kytketty sarjaan. Joskus virranrajoituspiiri koostuu kahdesta virtalähteen sarjassa olevasta vastuksesta vastus- ja diodityyppisen laitteen sijaan.

Toisella vastuksella RD on paljon pienempi arvo kuin virtaa rajoittavalla vastuksella R, ja sitä kutsutaan usein 'shuntti- tai' sense '-vastukseksi.

Piiri voidaan silti ajatella jännitteeksi virtamuuntajaksi, koska yllä oleva kaava voidaan nyt pienentää arvoon I = V / R, koska VD on merkityksetön verrattuna V.

Virta riippuu nyt vain jännitteestä, koska R on vakio. Tällainen piiri löytyy usein erilaisista anturipiireistä, kuten lämpötila- ja paineantureista, joissa määritetyn määrän virtaa on tarkoitus virrata laitteessa, jolla on pieni vastus.

Tämän laitteen jännite vahvistetaan yleensä muutosten mittaamiseksi, kun anturin vastus muuttuu vaihtelevissa olosuhteissa. Tämä jännite voidaan lukea jopa yleismittarilla, jos sillä on riittävä herkkyys.

Jos kaava I = V / R käännetään ympäriinsä tullakseen jännitefunktioksi V = IR, yksinkertainen kahden vastuksen sarjapiiri voidaan ajatella myös virta-jännite-muuntimeksi.

Virtaa rajoittavan vastuksen arvo on silti paljon suurempi kuin aistivastuksen, ja tämä aistivastus on riittävän pieni, jotta se ei vaikuta piirin toimintaan millään merkityksellisellä tavalla.

Virtatunnistusvastuksen käyttäminen

Virta muunnetaan jännitteeksi sillä, että sensorin vastuksen poikki oleva pieni jännite VD voidaan havaita yleismittarilla tai se voidaan vahvistaa ja käyttää signaalina A / D-muuntimeen.

Tämä mitattu jännite osoittaa virran Ohmin lakikaavalla V = I R. Esimerkiksi, jos 0,001 A virtaa 1 ohmin läpi, jännitteen lukema on 0,001 V.

Muunnos on yksinkertainen 1 ohmin vastukselle, mutta jos tämä arvo on liian korkea, voidaan käyttää toista arvoa - kuten 0,01 ohmia - ja jännite voitaisiin helposti löytää käyttämällä V = I R.

Sensivastuksen todellinen arvo ei ole tärkeä tässä keskustelussa. Se voi olla missä tahansa 0,1 ohmista 10 ohmiin, kunhan virtaa rajoittava vastus on paljon suurempi. Suurivirtaisissa sovelluksissa sense-vastuksen arvon tulisi olla hyvin pieni, jotta estetään ylimääräinen tehohäviö.

Jopa arvon ollessa noin 0,001 ohmia, sen yli voidaan havaita kohtuullinen jännite suuren virtavirran vuoksi. Tällaisissa tapauksissa sense-vastusta kutsutaan yleensä 'shunt' -vastukseksi.

Tällaista virtapiiriä käytetään usein virran mittaamiseen esimerkiksi tasavirtamoottorin kautta. On yksinkertaista käyttää yleismittaria AC- tai DC-jännitteen mittaamiseen missä tahansa elektronisen piirin kohdassa, kuten PC-emolevyllä. Sopiva jännitealue asetetaan yleismittariin, musta anturi kytketään maadoituspisteeseen ja punainen anturi kytketään tarkistuspisteeseen.

Jännite luetaan sitten suoraan. Toivottavasti anturin tulopiirin impedanssi on riittävän korkea, jotta se ei vaikuta piirin toimintaan millään tavalla. Anturin tuloimpedanssilla tulisi olla erittäin suuri sarjaresistanssi ja hyvin pieni shunttikapasitanssi.

Nykyisen jännitteen mittaaminen monimutkaisissa piireissä

AC- tai DC-virran mittaaminen missä tahansa piirin kohdassa jännitteen sijasta tulee hieman hankalammaksi, ja piiriä on ehkä muutettava hieman tämän huomioon ottamiseksi. Voi olla mahdollista katkaista piirin johdotus pisteessä, jossa virran virtauksen mittaus on toivottavaa, ja sitten sijoittaa alhaisen arvon omaava vastusvastus kahteen kosketuspisteeseen.

Tämän vastuksen arvon tulisi jälleen olla riittävän pieni, jotta se ei vaikuta piirin toimintaan. Yleismittarianturit voidaan sitten liittää tämän sensorin läpi vastavaa jänniteasteikkoa käyttäen, ja vastuksen jännite näytetään.

Tämä voidaan muuntaa testipisteen läpi virtaavaksi virraksi jakamalla sense-vastuksen arvolla, kuten kaavassa I = V / R.

Joissakin tapauksissa aistivastus voidaan pitää piirissä pysyvästi, jos tietyssä testipisteessä oleva virta on mitattava usein.

DMM: n käyttäminen virran tarkistamiseen

Olisi todennäköisesti paljon helpompaa mitata virran virtaus yleismittarilla suoraan sen sijaan, että tarvitsisit käyttää sense-vastusta. Joten sen jälkeen kun johto on katkaistu mitattavassa pisteessä, aistivastus voidaan jättää pois ja yleismittarin johdot kiinnittää suoraan kahteen kosketuspisteeseen.

Nykyinen virtausilmaisin näytetään yleismittarissa, jos sopiva vaihtovirta- tai tasavirta-asteikko on asetettu. Aina on tärkeää asettaa oikea jännite tai virta-asteikko yleismittarille ennen koettimien kytkemistä tai riski nollalukeman lähettämisestä.

Kun nykyinen asteikko asetetaan yleismittarille, tuloantureiden tuloimpedanssista tulee hyvin pieni, samanlainen kuin sense-vastus.

Yleismittarin anturin tuloa voidaan ajatella sense- tai 'shunt' -vastuksena, joten itse yleismittari voidaan sisällyttää RD-vastuksen sijasta yllä olevaan kaavioon. Toivottavasti yleismittarin tuloimpedanssi on riittävän pieni, jotta se ei vaikuta piirin toimintaan millään tavalla.

Tässä artikkelissa käsitellyt yksinkertaiset virta-jännite- ja jännite-virta-muuntotekniikat eivät ole yhtä tarkkoja kuin transistoriin tai vahvistimeen perustuvat, mutta monissa sovelluksissa ne toimivat hienosti. On myös mahdollista tehdä muun tyyppisiä yksinkertaisia ​​muunnoksia käyttämällä yllä esitettyä sarjapiiriä.

Esimerkiksi neliöaaltotulo voidaan muuntaa sahahampaan aaltomuodoksi (integraattori) korvaamalla D-komponentti kondensaattorilla.

Ainoa rajoitus on, että aikavakion RC tulisi olla suuri suhteessa neliöaaltosignaalin jaksoon.