Konversi Sinyal Tegangan-ke-Arus: Desain Praktis Penguat Transkonduktansi
Dalam instrumentasi modern, sinyal DC berfungsi sebagai representasi analog untuk variabel fisik seperti suhu, tekanan, aliran, berat, dan gerakan. Format yang dipilih industri adalah sinyal arus DC—biasanya 4 mA hingga 20 mA—karena arus tetap seragam di seluruh loop seri, terlepas dari resistansi kabel. Berbeda dengan sinyal tegangan yang dapat berevaluasi di sepanjang rangkaian paralel, sehingga menyebabkan kesalahan pengukuran.
Untuk menghasilkan arus yang tepat dari transmutor yang dihasilkan tegangan, kita menggunakan penguat transkonduktansi—op-amp yang dikonfigurasi dengan umpan balik negatif yang berperilaku sebagai sumber arus ideal. Op-amp menyediakan tegangan apa pun yang diperlukan untuk menjaga arus loop pada nilai tetap, terlepas dari resistansi beban.
Input adalah tegangan terkalibrasi dari 1 V (0 % pengukuran) hingga 5 V (100 % pengukuran). Rangkaian menggunakan resistor presisi 250 Ω untuk menerjemahkan tegangan tersebut ke rentang arus standar 4 mA–20 mA: pada 5 V, arus 20 mA mengalir di loop, dan pada 1 V, arus 4 mA mengalir. Resistansi beban dapat berupa nilai apa pun, dan op-amp akan menyesuaikan output tegangannya sesuai—asalkan pasokan tegangannya cukup untuk mendorong arus yang diperlukan. Jika standar lama 10 mA–50 mA diperlukan, resistor 100 Ω menggantikan komponen 250 Ω.
Dalam elektronika, transkonduktansi adalah rasio ΔI/ΔV, diukur dalam Siemens. Dalam desain ini, resistor 250 Ω menetapkan transkonduktansi, memastikan hubungan linier antara output arus dan input tegangan.
Kesimpulan Utama
- Sinyal arus mendominasi instrumentasi industri karena imun terhadap resistansi kabel dan memberikan transmisi yang konsisten serta akurat.
- Sinyal tegangan lebih mudah dihasilkan langsung dari sensor, namun mengonversinya menjadi arus memerlukan penguat transkonduktansi yang stabil.
- Op-amp yang dikonfigurasi sebagai sumber arus menyediakan tegangan yang tepat yang diperlukan untuk mempertahankan arus loop yang diinginkan.
Lembar Kerja Terkait
- Lembar Kerja Rangkaian Op-Amp Konverter Tegangan/Arus
