Egyszerű feszültség-áram és áram-feszültség technikák - James H. Reinholm

Sokféle feszültség-áram és áram-feszültség átalakító áramkör létezik, és a legtöbbjük opampok és tranzisztorok kombinációját használja a nagy pontosság elérése érdekében. De amikor nincs szükség nagy pontosságra, akkor egy ilyen típusú átalakítót csak egy vagy két ellenállás segítségével lehet elkészíteni.

Ellenállás mint feszültség-áram átalakító

Bármely R ellenállás, amely egy V tápegységen keresztül van csatlakoztatva, feszültségnek tekinthető az áramátalakítónak, mivel az áram Ohm törvénye alapján függ a feszültségtől - amelynek képlete I = V / R

Ha az ellenállás egyik végét leválasztják, és egy másik D komponenst csatlakoztatnak a leválasztott tápellátás terminálhoz és ellenálláshoz úgy, hogy R és D sorban vannak a tápegységen, akkor az áramkör továbbra is úgy viselkedik, mint egy feszültség-áram átalakító, ha a feszültség csökken a D komponensen keresztül nagyon kicsi vagy viszonylag állandó.

Ez az alkatrész lehet dióda, LED vagy zener dióda, vagy akár alacsony értékű ellenállás. Az alábbi ábra ezeket a lehetséges kombinációkat mutatja. Az R ellenállást a hozzáadott D komponens áramkorlátozó ellenállásának is lehet tekinteni.

A D-n keresztül áramló áramot az egyszerű képlet határozza meg: I = (V - VD) / R, ahol VD a hozzáadott komponens feszültségesése.

A VD és R állandó értékei esetén az áram csak V.-től függ. Előre előfeszített diódák esetében a VD a germánium esetében körülbelül 0,3 - 0,35 volt, a szilíciumdiódák esetében pedig 0,6 - 0,7 volt, és az áramok széles tartományában viszonylag állandó. A LED-ek hasonlóak a diódákhoz, kivéve, hogy speciális fénykibocsátó anyagok felhasználásával készülnek.

A LED-ek működése az ellenállásokkal

Előrefeszültségük kissé magasabb, mint a szokásos diódáké, és a színtől függően körülbelül 1,4 volt és 3 volt közötti lehet. A LED-ek hatékonyan működnek kb. 10–40 mA feszültség mellett, és az áramkorlátozó ellenállás szinte mindig az egyik LED-csatlakozóhoz van csatlakoztatva, hogy megakadályozza a nagy áram okozta károkat.

A diódák és a LED-ek feszültségeséseiben kismértékű változások tapasztalhatók a különböző áramszinteknél, de ezeket általában nem lehet figyelembe venni a számítás során. A Zener diódák abban különböznek egymástól, hogy fordított előfeszítéssel vannak összekapcsolva.

Ez egy fix feszültségesés VD-t állít be a zener diódán, amely a típustól függően 2 és 300 V között lehet. Annak érdekében, hogy ezen eszközök bármelyike ​​működjön, a tápfeszültségnek magasabbnak kell lennie, mint a VD feszültségesés.

Az ellenállás bármely értéke működne, amennyiben értéke elég alacsony ahhoz, hogy elegendő áram áramolhasson, ugyanakkor elég magas ahhoz, hogy megakadályozza a felesleges áram áramlását. Általában egy kapcsolókomponens van beillesztve valahova ebbe a soros áramkörbe, amely be- vagy kikapcsolja a LED-et stb. Ez lehet tranzisztor, FET vagy egy opamp kimeneti fokozata.

LED és ellenállás zseblámpákban

A LED-es zseblámpa alapvetően egy sor akkumulátorból, kapcsolóból, LED-ből és áramkorlátozó ellenállásból áll. Előfordul, hogy az áramkorlátozó áramkör két ellenállásból áll, amelyek sorban vannak egy tápegységen, ellenállás és dióda típusú eszköz helyett.

A második RD ellenállás értéke sokkal kisebb, mint az áramkorlátozó R ellenállás, és gyakran „sönt” vagy „érzék” ellenállásnak nevezik.

Az áramkör továbbra is feszültség-áram átalakítónak tekinthető, mivel a fenti képlet most I = V / R-re csökkenthető, mivel a VD elhanyagolható V-hoz képest.

Az áram most csak a feszültségtől függ, mivel R állandó. Ez a fajta áramkör gyakran megtalálható a különféle érzékelő áramkörökben, például a hőmérséklet- és nyomásérzékelőkben, ahol egy meghatározott árammennyiség áramlik egy kis ellenállású eszközben.

Az eszköz feszültségét általában felerősítik, hogy mérjék az esetleges változásokat, amikor az érzékelő ellenállása változó körülmények között változik. Ez a feszültség akár multiméterrel is leolvasható, ha kellő érzékenységgel rendelkezik.

Ha az I = V / R képletet megfordítjuk, és így V = I R feszültségfüggvény lesz, akkor az egyszerű kétellenállásos soros áramkör úgy is felfogható, mint áram-feszültség átalakító.

Az áramkorlátozó ellenállás értéke még mindig jóval magasabb, mint az érzékelő ellenállásé, és ez az érzékelő ellenállás elég kicsi ahhoz, hogy semmilyen értelmes módon ne befolyásolja az áramkör működését.

Áramérzékelő ellenállás használata

Az áramot feszültséggé alakítja az a tény, hogy az érzékelőellenálláson áteső kis VD feszültséget multiméter érzékelheti, vagy felerősítheti és jelként alkalmazhatja az A / D átalakítóba.

Ez a mért feszültség az áramáramot az Ohm-féle V = I R. képlettel jelzi. Ha például 0,001 A áramlik 1 ohmon, a feszültségérték 0,001 V.

Az átalakítás 1 ohmos ellenállás esetén egyszerű, de ha ez az érték túl magas, akkor egy másik érték - például 0,01 ohm - használható, és a feszültség könnyen megtalálható V = I R használatával.

Az érzékelő ellenállás tényleges értéke nem fontos ebben a vitában. 0,1 ohm és 10 ohm között lehet, amennyiben az áramkorlátozó ellenállás sokkal nagyobb. Nagy áramú alkalmazásokban az érzékelő ellenállás értékének nagyon alacsonynak kell lennie, hogy megakadályozza a túlzott teljesítményeloszlást.

Még 0,001 ohm körüli érték mellett is észlelhető ésszerű feszültség a nagy áramáram miatt. Ilyen esetekben az érzékelő ellenállást általában „sönt” ellenállásnak hívják.

Ezt a fajta áramkört gyakran használják az áram mérésére például egy egyenáramú motor segítségével. Egyszerű dolog multiméterrel mérni az AC vagy DC feszültséget az elektronikus áramkör bármely pontján, például egy PC alaplapon. Megfelelő feszültségskálát állítanak be a multiméteren, a fekete szondát földelési ponthoz csatlakoztatják, a piros szondát pedig az ellenőrzési ponthoz.

Ezután a feszültséget közvetlenül leolvassák. Remélhetőleg a szonda bemeneti áramkörének impedanciája elég magas ahhoz, hogy semmilyen módon ne befolyásolja az áramkör működését. A szonda bemeneti impedanciájának nagyon nagy soros ellenállással kell rendelkeznie, nagyon alacsony shunt kapacitással együtt.

Áramfeszültség mérése komplex áramkörökben

A váltakozó áramú vagy egyenáramú áram mérése az áramkör bármely pontján a feszültség helyett kissé bonyolultabbá válik, és ezt az áramkört esetleg kissé módosítani kell. Lehetséges, hogy levágjuk az áramkör vezetékeit abban a pontban, ahol az áramáram mérésére van szükség, majd egy alacsony értékű érzékelő ellenállást helyezünk be a két érintkezési pontba.

Ennek az ellenállásnak ismét elég alacsonynak kell lennie, hogy ne befolyásolja az áramkör működését. Ezután a multiméteres szondákat a megfelelő feszültségskála segítségével össze lehet kapcsolni ezen az érzékelő ellenálláson, és megjelenik az ellenállás feszültsége.

Ezt átalakíthatjuk a vizsgálati ponton átfolyó áramra, ha elosztjuk az érzékelő ellenállás értékével, mint az I = V / R képletben.

Bizonyos esetekben az érzékelő ellenállás tartósan tartható az áramkörben, ha egy adott vizsgálati ponton az áramot gyakran meg kell mérni.

DMM használata az áram ellenőrzéséhez

Valószínűleg sokkal könnyebb lenne az áramlást közvetlenül a multiméterrel mérni, ahelyett, hogy érzékelő ellenállást kellene használni. Tehát a huzal levágása után a mérendő ponton az érzékelő ellenállás elhagyható, és a multiméter vezetékei közvetlenül a két érintkezési ponthoz kapcsolódhatnak.

Ha a megfelelő váltóáramú vagy egyenáramú áramlási skála be van állítva, akkor az áramáram kijelzése megjelenik a multiméteren. Mindig fontos, hogy a multiméteren beállítsuk a megfelelő feszültség- vagy áramskálát, mielőtt bármilyen szondát összekapcsolnánk, vagy fennáll a kockázata, hogy nulla értéket ad le.

Ha egy multiméteren beállítanak egy aktuális skálát, a bemeneti szondák bemeneti impedanciája nagyon kicsi lesz, hasonlóan az érzékelő ellenállásokhoz.

A multiméter szondabemenetét értelmes vagy „sönt” ellenállóként lehet felfogni, így maga a multiméter is felvehető az RD ellenállás helyére a fenti ábrán. Remélhetőleg a multiméter bemeneti impedanciája elég alacsony ahhoz, hogy semmilyen módon ne befolyásolja az áramkör működését.

Az ebben a cikkben tárgyalt egyszerű áram-feszültség és feszültség-áram átalakítási technikák nem olyan pontosak, mint a tranzisztoron vagy erősítőn alapuló technikák, de sok alkalmazásban remekül működnek. Lehetséges más típusú egyszerű átalakítás is, a fent bemutatott soros áramkör használatával.

Például egy négyzethullámú bemenet átalakítható fűrészfogú hullámformává (integrátor) a D komponens kondenzátorra cserélésével.

Az egyetlen korlátozás az, hogy az RC időállandónak nagynak kell lennie a négyzethullámú jel periódusához képest.