Lihtsad pinge-voolu ja voolu-pinge tehnikad - autor James H. Reinholm

Pinge-voolu ja voolu-pinge muundurite ahelaid on mitut tüüpi ja enamik neist kasutab suure täpsuse saavutamiseks opampide ja transistoride kombinatsiooni. Kuid kui suurt täpsust pole vaja, saab seda tüüpi lihtsa muunduri teha ainult ühe või kahe takisti abil.

Takisti kui pinge muundur

Igat takistit R, mis on ühendatud toiteallikaga V, võib pidada pingeks voolumuunduriks, kuna vool sõltub Ohmi seaduse kaudu kehtivast pingest - mille valem on I = V / R.

Kui takisti üks ots on lahti ühendatud ja teine ​​komponent D on ühendatud lahti ühendatud toiteallika ja takisti külge nii, et R ja D on kogu toiteallikas järjestikku, käitub vooluahela pinge languse korral endiselt voolu muundurina komponent D on väga väike või suhteliselt konstantne.

See komponent võib olla diood, LED või zeneri diood või isegi väikese väärtusega takisti. Allpool toodud diagramm näitab neid võimalikke kombinatsioone. Takisti R võib pidada ka lisatud komponendi D voolu piiravaks takistiks.

D kaudu voolav vool määratakse lihtsa valemiga: I = (V - VD) / R, kus VD on pingelang kogu lisatud komponendi ulatuses.

VD ja R püsiväärtuste korral sõltub vool ainult V. V-st ettepoole kallutatud dioodide puhul on VD germaaniumi korral umbes 0,3 - 0,35 volti ja ränidioodide korral 0,6 - 0,7 volti ning on suhteliselt konstantne laias voolu vahemikus. Valgusdioodid on sarnased dioodidele, välja arvatud see, et nende ehitamisel kasutatakse spetsiaalseid valgust kiirgavaid materjale.

Kuidas valgusdioodid takistitega töötavad

Neil on ettepoole suunatud eelpinge, mis on tavalistest dioodidest veidi kõrgem, ja võib sõltuvalt värvist olla vahemikus umbes 1,4 volti kuni üle 3 volti. Valgusdioodid töötavad efektiivselt umbes 10–40 mA ja voolu piirav takisti on peaaegu alati ühendatud ühe LED-klemmiga, et vältida kõrge voolu tõttu tekkivaid kahjustusi.

Erinevate voolutasemete korral on dioodide ja valgusdioodide pingelangustes kergeid muutusi, kuid need võib arvutustes tavaliselt tähelepanuta jätta. Zeneri dioodid on erinevad selle poolest, et need on ühendatud vastupidise eelarvamusega.

See seab kogu zeneri dioodi fikseeritud pingelanguse VD, mis võib sõltuvalt tüübist olla vahemikus 2 V kuni umbes 300 V. Nende seadmete tööks peab toitepinge olema suurem kui pingelangus VD.

Mis tahes takisti väärtus töötaks, kui selle väärtus on piisavalt madal, et võimaldada piisavat voolu, samal ajal kui see on piisavalt kõrge, et üleliigne vool ei voolaks. Tavaliselt on sellesse seeriaahelasse kuhugi sisestatud lülituskomponent, mis lülitab LED-i sisse või välja jne. See võib olla transistor, FET või opampi väljundstaadium.

LED ja takisti taskulampides

LED-taskulamp koosneb põhimõtteliselt akust, lülitist, LED-st ja voolu piiravast takistist, mis on kõik ühendatud järjestikku. Mõnikord koosneb voolu piirav vooluahel takisti ja dioodi tüüpi seadme asemel kahest toiteallikas järjestikku asuvast takistist.

Teisel takisti RD väärtus on palju väiksem kui voolutakistusel R ja seda nimetatakse sageli 'šundiks' või 'sensoorseks' takistiks.

Vooluahelat võib endiselt pidada pinge voolu muunduriks, kuna ülaltoodud valemit saab nüüd vähendada väärtusele I = V / R, kuna VD on V-ga võrreldes tühine.

Vool sõltub nüüd ainult pingest, kuna R on konstantne. Sellist vooluahelat võib sageli leida erinevates andurite ahelates, näiteks temperatuuri- ja rõhuandurites, kus väikese takistusega seadmes peab voolama kindlaksmääratud vooluhulk.

Selle seadme pinget võimendatakse tavaliselt kõigi muutuste mõõtmiseks, kui anduri takistus muutub erinevates tingimustes. Seda pinget saab isegi multimeetri abil lugeda, kui see on piisavalt tundlik.

Kui valemit I = V / R ümber pöörata, et saada pingefunktsioon V = I R, võib lihtsat kahe takisti seeriaahelat pidada ka voolu pinge muunduriks.

Voolupiirangutakisti väärtus on endiselt tundlikustakist palju kõrgem ja see sensoritakisti on piisavalt väike, et see ei mõjutaks vooluahela toimimist kuidagi tähendusrikkalt.

Voolutundliku takisti kasutamine

Vool muundatakse pingeks sellega, et sensoorset takistit läbiva väikese pinge VD saab tuvastada multimeetri abil või seda saab võimendada ja signaalina rakendada A / D muundurisse.

See mõõdetud pinge näitab voolu voolu Ohmi seaduse valemiga V = I R. Näiteks kui 0,001 A voolab läbi 1 oomi, on pingenäit 0,001 V.

Teisendamine on 1-oomise takisti jaoks lihtne, kuid kui see väärtus on liiga kõrge, saab kasutada teist väärtust - näiteks 0,01 oomi - ja pinge saab hõlpsasti leida, kasutades V = I R.

Sensustakisti tegelik väärtus pole selles arutelus oluline. See võib olla vahemikus 0,1 kuni 10 oomi, kui voolu piirav takisti on palju suurem. Suure vooluga rakendustes peaks sensori takisti väärtus olema väga madal, et vältida üleliigset võimsuse hajumist.

Isegi kui väärtus on umbes 0,001 oomi, on kogu voolu tõttu mõistlik üle selle mõistlik pinge. Sellistel juhtudel nimetatakse sensoritakisti tavaliselt 'šundtakistiks'.

Sellist vooluahelat kasutatakse sageli voolu mõõtmiseks näiteks alalisvoolumootori abil. Lihtne on kasutada multimeetrit vahelduv- või alalisvoolu pinge mõõtmiseks elektroonilise vooluahela mis tahes punktis, näiteks arvuti emaplaadil. Multimeetrile seatakse sobiv pingeskaala, must sond on ühendatud maanduspunktiga ja punane sond on ühendatud kontrollpunktiga.

Seejärel loetakse pinge otse. Loodetavasti on sondi sisendahelate impedants piisavalt kõrge, et see ei mõjutaks vooluahela tööd kuidagi. Sondi sisendtakistusel peaks olema väga kõrge seeriatakistus koos väga madala šundimahtuvusega.

Voolupinge mõõtmine keerulistes ahelates

Vahelduv- või alalisvoolu mõõtmine vooluahela mis tahes punktis pinge asemel muutub veidi keerulisemaks ja selle kohandamiseks võib vooluahelat veidi muuta. Võimalik, et vooluahela juhtmestik saab lõigata kohas, kus soovitakse vooluhulga mõõtmist, ja seejärel sisestada kahe kontaktpunkti madala väärtusega sensoritakisti.

Jällegi peaks selle takisti väärtus olema piisavalt madal, et see ei mõjutaks vooluahela tööd. Seejärel saab multimeetri sondid sobiva pingeskaala abil selle sensoritakisti kaudu ühendada ja kuvatakse takisti pinge.

Selle saab teisendada katsepunkti läbivaks vooluks, jagades sensori takisti väärtusega, nagu valemis I = V / R.

Mõnel juhul võib sensoritakisti hoida vooluahelas püsivalt, kui konkreetses katsepunktis olevat voolu tuleb sageli mõõta.

DMM-i kasutamine voolu kontrollimiseks

Tõenäoliselt oleks palju lihtsam mõõta vooluhulka multimeetri abil, selle asemel, et kasutama sensoritakisti. Nii et pärast traadi lõikamist mõõdetavas punktis võib sensoritakisti välja jätta ja multimeetri juhtmed ühendada otse kahe kontaktpunktiga.

Vooluhulga näidikut kuvatakse multimeetril, kui on seatud sobiv vahelduv- või alalisvoolu skaala. Alati on oluline seada multimeetrile õige pinge või voolu skaala enne mis tahes sondide ühendamist või riskida nullnäidu postitamist.

Kui praegune skaala seatakse multimeetrile, muutub sisendandurite sisendtakistus väga väikeseks, sarnaselt sensoritakistiga.

Multimeetri sondi sisendit võib pidada mõistetakistiks ehk 'šunditakistiks', seega võib multimeetri ise ülaltoodud diagrammil lisada RD-takisti asemele. Loodetavasti on multimeetri sisendtakistus piisavalt madal, et see ei mõjutaks vooluahela tööd kuidagi.

Selles artiklis käsitletud lihtsad voolu-pinge ja pinge-voolu muundamise tehnikad pole nii täpsed kui need, mis põhinevad transistoril või võimendil, kuid paljude rakenduste korral töötavad need suurepäraselt. Eespool näidatud seeriaahelate abil on võimalik teha ka muud tüüpi lihtsaid teisendusi.

Näiteks saab nelinurkse sisendi teisendada saehamba lainekujuks (integraatoriks), asendades D-osa kondensaatoriga.

Ainus piirang on see, et ajakonstant RC peaks olema suur nelinurkse signaali perioodi suhtes.