Konversi Sinyal Tegangan-ke-Arus

Dalam rangkaian instrumentasi, sinyal DC sering digunakan sebagai representasi analog dari pengukuran fisik seperti suhu, tekanan, aliran, berat, dan gerakan. Paling umum, arus DC sinyal digunakan dalam preferensi untuk tegangan DC sinyal, karena sinyal arus sama besarnya di seluruh loop rangkaian seri yang membawa arus dari sumber (alat pengukur) ke beban (indikator, perekam, atau pengontrol), sedangkan sinyal tegangan dalam rangkaian paralel dapat bervariasi dari satu ujung ke ujung lainnya. lainnya karena kerugian kawat resistif. Selanjutnya, instrumen penginderaan arus biasanya memiliki impedansi rendah (sementara instrumen penginderaan tegangan memiliki impedansi tinggi), yang memberikan instrumen penginderaan arus kekebalan kebisingan listrik yang lebih besar.

Untuk menggunakan arus sebagai representasi analog dari kuantitas fisik, kita harus memiliki beberapa cara untuk menghasilkan jumlah arus yang tepat dalam rangkaian sinyal. Tetapi bagaimana kita menghasilkan sinyal arus yang tepat ketika kita mungkin tidak mengetahui hambatan loop? Jawabannya adalah dengan menggunakan penguat yang dirancang untuk menahan arus ke nilai yang ditentukan, menerapkan tegangan sebanyak atau sesedikit yang diperlukan ke rangkaian beban untuk mempertahankan nilai itu. Penguat seperti itu menjalankan fungsi sumber arus . Op-amp dengan umpan balik negatif adalah kandidat yang sempurna untuk tugas seperti itu:

Tegangan input ke rangkaian ini diasumsikan berasal dari beberapa jenis pengaturan transduser/penguat fisik, dikalibrasi untuk menghasilkan 1 volt pada 0 persen pengukuran fisik, dan 5 volt pada 100 persen pengukuran fisik. Rentang sinyal arus analog standar adalah 4 mA hingga 20 mA, masing-masing menandakan 0% hingga 100% dari rentang pengukuran. Pada input 5 volt, resistor 250 (presisi) akan diberi tegangan 5 volt, menghasilkan arus 20 mA dalam rangkaian loop besar (dengan R_beban ). Tidak masalah berapa nilai resistansi R_beban adalah, atau berapa banyak hambatan kawat yang ada dalam loop besar itu, selama op-amp memiliki tegangan catu daya yang cukup tinggi untuk mengeluarkan tegangan yang diperlukan agar 20 mA mengalir melalui R_beban . Resistor 250 menetapkan hubungan antara tegangan input dan arus output, dalam hal ini menciptakan ekivalensi 1-5 V in / 4-20 mA out. Jika kami mengubah sinyal input 1-5 volt menjadi sinyal output 10-50 mA (standar instrumentasi yang lebih tua dan usang untuk industri), kami akan menggunakan resistor presisi 100 sebagai gantinya.

Nama lain untuk rangkaian ini adalah penguat transkonduktansi . Dalam elektronik, transkonduktansi adalah rasio matematis dari perubahan arus dibagi dengan perubahan tegangan (ΔI / V), dan diukur dalam satuan Siemens, satuan yang sama yang digunakan untuk menyatakan konduktansi (kebalikan matematika dari resistansi:arus/tegangan) . Dalam rangkaian ini, rasio transkonduktansi ditetapkan dengan nilai resistor 250 , memberikan hubungan arus-keluar/tegangan-masuk linier.

TINJAUAN:

• Dalam industri, sinyal arus DC sering digunakan sebagai pengganti sinyal tegangan DC sebagai representasi analog dari besaran fisik. Arus dalam rangkaian seri benar-benar sama di semua titik dalam rangkaian itu terlepas dari hambatan kabel, sedangkan tegangan dalam rangkaian terhubung paralel dapat bervariasi dari ujung ke ujung karena hambatan kawat, membuat pensinyalan arus lebih akurat dari "transmisi" ke instrumen "penerima".
• Sinyal tegangan relatif mudah dihasilkan langsung dari perangkat transduser, sedangkan sinyal arus yang akurat tidak. Op-amp dapat digunakan untuk "mengubah" sinyal tegangan menjadi sinyal arus dengan cukup mudah. Dalam mode ini, op-amp akan mengeluarkan tegangan apa pun yang diperlukan untuk mempertahankan arus melalui rangkaian pensinyalan pada nilai yang tepat.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Sirkuit OpAmp Konverter Tegangan/Arus