Paprasta įtampa-srovė ir srovė-įtampa technika - Jamesas H. Reinholmas

Yra daugybė įtampos-srovės ir srovės-įtampos keitiklių grandinių tipų, ir dauguma jų naudoja opampų ir tranzistorių derinius, kad pasiektų aukštą tikslumo lygį. Bet kai didelio tikslumo nereikia, paprastą tokio tipo keitiklį galima pagaminti naudojant tik vieną ar du rezistorius.

Rezistorius kaip įtampos ir srovės keitiklis

Bet koks rezistorius R, prijungtas prie maitinimo šaltinio V, gali būti laikomas įtampa į srovės keitiklį, nes srovė priklauso nuo įtampos pagal Ohmo dėsnį - formulė I = V / R.

Jei vienas rezistoriaus galas atjungtas, o kitas komponentas D yra prijungtas prie atjungto maitinimo šaltinio gnybto ir rezistoriaus, kad R ir D būtų nuosekliai per visą maitinimo šaltinį, grandinė vis tiek elgiasi kaip įtampa į srovės keitiklį, jei įtampa nukrinta skersai komponento D yra labai mažas arba santykinai pastovus.

Šis komponentas gali būti diodas, šviesos diodas arba zenerio diodas ar net mažos vertės rezistorius. Žemiau pateiktoje diagramoje parodyti šie galimi deriniai. Rezistorius R taip pat gali būti laikomas pridėtinio komponento D srovę ribojančiu rezistoriumi.

Srovė, tekanti per D, nustatoma pagal paprastą formulę: I = (V - VD) / R, kur VD yra įtampos kritimas pridėtame komponente.

Esant pastovioms VD ir R reikšmėms, srovė priklauso tik nuo V. Dėl į priekį nukreiptų diodų VD yra apie 0,3 - 0,35 voltai germaniui ir 0,6 - 0,7 voltai silicio diodams ir yra santykinai pastovūs plačiame srovių diapazone. Šviesos diodai yra panašūs į diodus, išskyrus tai, kad jie pagaminti naudojant specialias medžiagas, skleidžiančias šviesą.

Kaip šviesos diodai veikia su rezistoriais

Jie turi į priekį nukreiptą įtampą, kuri yra šiek tiek didesnė nei įprasti diodai, ir gali būti nuo maždaug 1,4 iki daugiau nei 3 voltų, priklausomai nuo spalvos. Šviesos diodai efektyviai veikia apie 10–40 mA, o srovės ribotuvas yra beveik visada prijungtas prie vieno iš LED gnybtų, kad būtų išvengta žalos dėl didelės srovės.

Skirtingų srovės lygių diodų ir šviesos diodų įtampos kritimai šiek tiek pakinta, tačiau skaičiuojant juos paprastai galima nepaisyti. „Zener“ diodai skiriasi tuo, kad yra sujungti su atvirkštiniu poslinkiu.

Tai nustato fiksuotą įtampos kritimą VD visame zenerio diode, kuris gali būti nuo 2 V iki maždaug 300 V, priklausomai nuo tipo. Kad kuris nors iš šių prietaisų veiktų, maitinimo įtampa turi būti didesnė už įtampos kritimą VD.

Veiktų bet kokia rezistoriaus vertė, jei jo vertė yra pakankamai maža, kad galėtų tekėti pakankama srovė, tuo pačiu metu ji būtų pakankamai didelė, kad netekėtų perteklinė srovė. Dažniausiai šioje serijos grandinėje yra įjungtas komponentas, įjungiantis arba išjungiantis šviesos diodą ir tt Tai gali būti tranzistorius, FET arba opampo išvesties etapas.

Šviesos diodai ir rezistoriai žibintuvėliuose

LED žibintuvėlis iš esmės susideda iš akumuliatoriaus, jungiklio, šviesos diodo ir srovės ribotuvo rezistoriaus, sujungtų nuosekliai. Kartais srovės ribojimo grandinę sudaro du rezistoriai, nuosekliai naudojami visoje maitinimo šaltinyje, o ne rezistoriaus ir diodo tipo įtaisas.

Antrojo rezistoriaus RD vertė yra daug mažesnė nei srovės ribotuvo rezistoriaus R, jis dažnai vadinamas „šunto“ arba „jutimo“ rezistoriumi.

Grandinę vis dar galima laikyti įtampa į srovės keitiklį, nes aukščiau pateiktą formulę dabar galima sumažinti iki I = V / R, nes VD yra nereikšmingas, palyginti su V.

Srovė dabar priklausys tik nuo įtampos, nes R yra pastovi. Tokią grandinę dažnai galima rasti įvairiose jutiklių grandinėse, tokiose kaip temperatūros ir slėgio jutikliai, kai nustatytas srovės kiekis turi tekėti įrenginyje, kurio atsparumas yra mažas.

Šio prietaiso įtampa paprastai sustiprinama, kad būtų galima išmatuoti bet kokius pokyčius, kai jutiklio varža keičiasi esant skirtingoms sąlygoms. Ši įtampa gali būti nuskaitoma net multimetru, jei ji yra pakankamai jautri.

Jei formulė I = V / R apversta ir tampa įtampos funkcija V = I R, paprastą dviejų rezistorių serijos grandinę galima laikyti ir srovės į įtampos keitiklį.

Srovės ribotuvo rezistoriaus vertė vis tiek yra daug didesnė nei jutimo rezistoriaus, ir šis jutiminis rezistorius yra pakankamai mažas, kad tai jokiu būdu neturėtų įtakos grandinės veikimui.

Srovės jutiklio varžos naudojimas

Srovė paverčiama įtampa tuo, kad mažą įtampą VD per jutimo rezistorių galima aptikti multimetru arba ji gali būti sustiprinta ir pritaikyta kaip signalas į A / D keitiklį.

Ši išmatuota įtampa rodo srovės srautą pagal Ohmo dėsnio formulę V = I R. Pavyzdžiui, jei 0,001 A teka per 1 omą, įtampos rodmuo yra 0,001 V.

1 omų rezistoriaus perskaičiavimas yra paprastas, tačiau jei ši vertė yra per didelė, galima naudoti kitą vertę, pvz., 0,01 omus, ir įtampą lengvai rasti naudojant V = I R.

Tikroji jutimo rezistoriaus vertė šioje diskusijoje nėra svarbi. Jis gali būti nuo 0,1 iki 10 omų, jei srovę ribojantis rezistorius yra daug didesnis. Taikant didelę srovę, jutimo rezistoriaus vertė turėtų būti labai maža, kad būtų išvengta perteklinės galios išsisklaidymo.

Net kai vertė yra apie 0,001 omo, joje galima nustatyti pagrįstą įtampą dėl didelio srovės srauto. Tokiais atvejais jutimo rezistorius paprastai vadinamas „šunto“ rezistoriumi.

Tokia grandinė dažnai naudojama matuojant srovę, pavyzdžiui, nuolatinės srovės varikliu. Paprastas dalykas yra naudoti multimetrą kintamosios arba nuolatinės įtampos matavimui bet kurioje elektroninės grandinės vietoje, pavyzdžiui, kompiuterio pagrindinėje plokštėje. Ant multimetro nustatoma tinkama įtampos skalė, juodas zondas prijungtas prie įžeminimo taško, o raudonas zondas - prie kontrolinio taško.

Tada įtampa nuskaitoma tiesiogiai. Tikimės, kad zondo įvesties schemos varža yra pakankamai didelė, kad jokiu būdu neturėtų įtakos grandinės veikimui. Zondo įėjimo varža turėtų turėti labai didelę nuosekliąją varžą ir labai mažą šunto talpą.

Srovės įtampos matavimas sudėtingose ​​grandinėse

Kintamosios arba nuolatinės srovės matavimas bet kuriame grandinės taške, o ne įtampa tampa šiek tiek sudėtingesnis, todėl grandinę gali tekti šiek tiek modifikuoti, kad tai atitiktų. Gali būti įmanoma nutraukti grandinės laidus toje vietoje, kur reikia išmatuoti srovės srautą, ir tada į du kontaktinius taškus įterpti mažos vertės jutiklinį rezistorių.

Vėlgi, šio rezistoriaus vertė turėtų būti pakankamai maža, kad tai neturėtų įtakos grandinės veikimui. Tada multimetro zondus galima prijungti per šį jutiklinį rezistorių, naudojant atitinkamą įtampos skalę, ir bus rodoma rezistoriaus įtampa.

Tai galima konvertuoti į srovę, tekančią per bandymo tašką, padalijus iš jutiklio rezistoriaus vertės, kaip formulėje I = V / R.

Kai kuriais atvejais jutimo rezistorius gali būti nuolat palaikomas grandinėje, jei reikia dažnai matuoti srovę tam tikrame bandymo taške.

DMM naudojimas srovei tikrinti

Tikriausiai būtų daug lengviau tiesiogiai išmatuoti srovės srautą naudojant multimetrą, užuot turėjus naudoti jutimo rezistorių. Taigi nupjovus laidą matuojamame taške, jutimo rezistorius gali būti paliktas, o multimetro laidai prijungiami tiesiai prie dviejų kontaktinių taškų.

Srovės srauto indikacija bus rodoma multimetre, jei bus nustatyta tinkama kintamosios arba nuolatinės srovės skalė. Visada svarbu nustatyti teisingą įtampos ar srovės skalę multimetre prieš prijungiant bet kokius zondus arba rizikuojant nulio rodmenimis.

Kai multimetre nustatoma dabartinė skalė, įvesties zondų įėjimo varža tampa labai maža, panaši į jutiklinį rezistorių.

Multimetro zondo įvestį galima laikyti prasmės arba „šunto“ rezistoriumi, todėl aukščiau pateiktoje diagramoje vietoj RD rezistoriaus galima įtraukti patį multimetrą. Tikimės, kad multimetro įėjimo varža yra pakankamai maža, kad tai jokiu būdu neturėtų įtakos grandinės veikimui.

Šiame straipsnyje aptariami paprasti srovės į įtampą ir įtampos į srovę keitimo būdai nėra tokie tikslūs kaip tie, kurie yra pagrįsti tranzistoriumi ar stiprintuvu, tačiau daugelyje programų jie veiks puikiai. Taip pat galima atlikti kitų tipų paprastas konversijas naudojant aukščiau parodytą serijinę grandinę.

Pavyzdžiui, kvadratinės bangos įvestį galima paversti pjūklo bangos forma (integratoriumi), pakeičiant D komponentą kondensatoriumi.

Vienintelis apribojimas yra tas, kad laiko konstanta RC turėtų būti didelė, palyginti su kvadratinės bangos signalo periodu.