Vienkārši sprieguma-strāvas un strāvas-sprieguma paņēmieni - Džeimss H. Reinholms

Pastāv daudzu veidu sprieguma-strāvas un strāvas-sprieguma pārveidotāju ķēdes, un lielākā daļa no tām izmanto opampu un tranzistoru kombināciju, lai sasniegtu augstu precizitātes līmeni. Bet, kad liela precizitāte nav nepieciešama, vienkāršu šāda veida pārveidotāju var izgatavot, izmantojot tikai vienu vai divus rezistorus.

Rezistors kā sprieguma pārveidotājs

Jebkuru rezistoru R, kas savienots pāri barošanas avotam V, var uzskatīt par spriegumu strāvas pārveidotājam, jo ​​strāva ir atkarīga no sprieguma, izmantojot Ohma likumu - kura formula ir I = V / R.

Ja viens rezistora gals ir atvienots un cits komponents D ir pievienots atvienotajam strāvas padeves terminālim un rezistoram tā, lai R un D būtu virknē pāri strāvas padevei, ķēde joprojām izturas kā spriegums strāvas pārveidotājam, ja sprieguma kritums visā komponentā D ir ļoti mazs vai relatīvi nemainīgs.

Šis komponents var būt diode, LED vai zener diode vai pat mazvērtīgs rezistors. Zemāk redzamā diagramma parāda šīs iespējamās kombinācijas. Rezistoru R var uzskatīt arī par pievienotās komponentes D strāvas ierobežojošo rezistoru.

Strāvu, kas plūst caur D, nosaka pēc vienkāršas formulas: I = (V - VD) / R, kur VD ir sprieguma kritums pievienotajā komponentā.

Konstantām VD un R vērtībām strāva ir atkarīga tikai no V. Priekšējām novirzītām diodēm VD ir aptuveni 0,3 - 0,35 volti germānijam un 0,6 - 0,7 volti silīcija diodēm, un tas ir relatīvi nemainīgs plašā strāvu diapazonā. Gaismas diodes ir līdzīgas diodēm, izņemot to, ka tās ir izgatavotas, izmantojot īpašus materiālus, kas izstaro gaismu.

Kā gaismas diodes darbojas ar rezistoriem

Viņiem ir novirzes spriegums uz priekšu, kas ir nedaudz lielāks par parastajām diodēm, un atkarībā no krāsas tas var būt no aptuveni 1,4 voltiem līdz vairāk nekā 3 voltiem. Gaismas diodes efektīvi darbojas apmēram no 10 līdz 40 mA, un strāvas ierobežojošais rezistors gandrīz vienmēr ir savienots ar vienu no LED spailēm, lai novērstu jebkādus bojājumus lielas strāvas dēļ.

Dažādiem strāvas līmeņiem ir nelielas izmaiņas diodes un gaismas diodes sprieguma kritumos, taču aprēķinos tos parasti var neņemt vērā. Zenera diodes atšķiras ar to, ka tās ir saistītas ar apgrieztām tendencēm.

Tas nosaka fiksētu sprieguma kritumu VD visā zenera diodē, kas atkarībā no veida varētu būt no 2V līdz aptuveni 300V. Lai kāda no šīm ierīcēm darbotos, barošanas spriegumam jābūt lielākam par sprieguma kritumu VD.

Jebkura rezistora vērtība darbotos, ja vien tā vērtība ir pietiekami zema, lai ļautu plūst pietiekamai strāvai, tajā pašā laikā tā ir pietiekami augsta, lai liekā strāva neplūst. Parasti kaut kur šajā sērijas ķēdē ir ievietots komutācijas komponents, kas ieslēdz vai izslēdz LED utt. Tas var būt tranzistors, FET vai opamp izejas posms.

LED un rezistors lukturīšos

LED lukturītis pamatā sastāv no akumulatora, slēdža, LED un strāvas ierobežojošā rezistora, kas visi ir savienoti virknē. Dažreiz strāvas ierobežošanas ķēde sastāv no diviem rezistoriem, kas atrodas virknē barošanas avota, nevis rezistora un diodes tipa ierīces.

Otrajam rezistoram RD ir daudz mazāka vērtība nekā strāvas ierobežojošajam rezistoram R, un to bieži sauc par “šunta” vai “jēgas” rezistoru.

Kontūru joprojām var uzskatīt par spriegumu strāvas pārveidotājam, jo ​​iepriekš minēto formulu tagad var samazināt līdz I = V / R, jo VD salīdzinājumā ar V ir niecīgs.

Strāva tagad būs atkarīga tikai no sprieguma, jo R ir nemainīgs. Šāda veida ķēdi bieži var atrast dažādās sensoru ķēdēs, piemēram, temperatūras un spiediena sensoros, kur ierīcē ar nelielu pretestību plūst noteikts strāvas daudzums.

Spriegums pāri šai ierīcei parasti tiek pastiprināts, lai izmērītu jebkādas izmaiņas, mainoties sensora pretestībai dažādos apstākļos. Šo spriegumu pat var nolasīt ar multimetru, ja tam ir pietiekama jutība.

Ja formula I = V / R tiek apvērsta, lai kļūtu par sprieguma funkciju V = I R, vienkāršo divu rezistoru sērijas ķēdi var uzskatīt arī par strāvas līdz sprieguma pārveidotāju.

Pašreizējā ierobežojošā rezistora vērtība joprojām ir daudz augstāka nekā sensora rezistoram, un šis sensora rezistors ir pietiekami mazs, ka tas nekādā jēgpilnā veidā neietekmē ķēdes darbību.

Strāvas uztveršanas rezistora izmantošana

Strāvu pārvērš spriegumā ar to, ka mazo spriegumu VD pāri sensora rezistoram var noteikt ar multimetru, vai arī to var pastiprināt un pielietot kā signālu A / D pārveidotājā.

Šis izmērītais spriegums norāda strāvas plūsmu ar Ohma likuma formulu V = I R. Piemēram, ja 0,001 A plūst caur 1 omu, sprieguma rādījums ir 0,001 V.

1 omu rezistora pārveidošana ir vienkārša, taču, ja šī vērtība ir pārāk augsta, var izmantot citu vērtību, piemēram, 0,01 omi, un spriegumu var viegli atrast, izmantojot V = I R.

Senses rezistora faktiskā vērtība šajā diskusijā nav svarīga. Tas var būt no 0,1 līdz 10 omiem, ja vien strāvu ierobežojošais rezistors ir daudz lielāks. Augstas strāvas lietojumos sensora rezistora vērtībai jābūt ļoti zemai, lai novērstu enerģijas pārmērīgu izkliedi.

Pat ar vērtību ap 0,001 omi, lielās strāvas plūsmas dēļ tajā var uztvert saprātīgu spriegumu. Šādos gadījumos jēgas rezistoru parasti sauc par “šunta” rezistoru.

Šādu ķēdi bieži izmanto, lai mērītu strāvu, piemēram, līdzstrāvas motorā. Vienkārši izmantot multimetru maiņstrāvas vai līdzstrāvas sprieguma mērīšanai jebkurā elektroniskās shēmas punktā, piemēram, datora mātesplatē. Multimetrā ir iestatīta atbilstoša sprieguma skala, melnā zonde ir savienota ar zemējuma punktu un sarkanā zonde ir pievienota kontrolpunktam.

Tad spriegumu nolasa tieši. Cerams, ka zondes ieejas shēmas pretestība ir pietiekami augsta, lai tā nekādā veidā neietekmē ķēdes darbību. Zondes ieejas pretestībai vajadzētu būt ļoti lielai sērijas pretestībai, kā arī ļoti zemai šunta kapacitātei.

Strāvas sprieguma mērīšana sarežģītās ķēdēs

Maiņstrāvas vai līdzstrāvas strāvas mērīšana jebkurā ķēdes vietā sprieguma vietā kļūst nedaudz sarežģītāka, un, lai to pielāgotu, ķēde var būt nedaudz jāmaina. Var būt iespējams sagriezt ķēdes elektroinstalāciju vietā, kur vēlams izmērīt strāvas plūsmu, un pēc tam abos kontaktpunktos ievietot sensoru rezistoru ar zemu vērtību.

Arī šim rezistora vērtībai jābūt pietiekami zemai, lai tā neietekmētu ķēdes darbību. Pēc tam multimetra zondes var savienot pa šo sensora rezistoru, izmantojot atbilstošu sprieguma skalu, un rezistora spriegums tiktu parādīts.

To var pārveidot par strāvu, kas plūst caur testa punktu, dalot ar sensora rezistora vērtību, kā formulā I = V / R.

Dažos gadījumos sensora rezistoru var pastāvīgi turēt ķēdē, ja strāvu noteiktā testa punktā nepieciešams bieži izmērīt.

Izmantojot DMM, lai pārbaudītu strāvu

Iespējams, ka būtu daudz vieglāk tieši izmērīt strāvas plūsmu ar multimetru, nevis izmantot sensora rezistoru. Tātad pēc stieples sagriešanas mērāmajā vietā sensora rezistoru var atstāt ārpusē, un multimetra vadus var piestiprināt tieši pie abiem kontakta punktiem.

Ja ir iestatīta atbilstoša maiņstrāvas vai līdzstrāvas skala, multimetrā tiks parādīta pašreizējās plūsmas indikācija. Vienmēr ir svarīgi iestatīt pareizo sprieguma vai strāvas skalu uz multimetra, pirms pievienojat zondes vai riskējat nolasīt nulles rādījumu.

Kad multimetrā ir iestatīta pašreizējā skala, ieejas zondes ieejas pretestība kļūst ļoti maza, līdzīga sensora rezistoram.

Multimetra zondes ievadi var uzskatīt par jēgas vai “šunta” rezistoru, tāpēc iepriekšminētajā diagrammā pašu multimetru var iekļaut RD rezistora vietā. Cerams, ka multimetra ieejas pretestība ir pietiekami zema, lai tas nekādā veidā neietekmētu ķēdes darbību.

Šajā rakstā aplūkotās vienkāršās strāvas-sprieguma un sprieguma-strāvas pārveidošanas metodes nav tik precīzas kā tās, kuru pamatā ir tranzistors vai pastiprinātājs, taču daudzās lietojumprogrammās tās darbosies lieliski. Izmantojot iepriekš parādīto sērijas ķēdi, ir iespējams veikt arī cita veida vienkāršus pārveidojumus.

Piemēram, kvadrātveida viļņu ieeju var pārveidot par zāģa zoba viļņu formu (integratoru), aizstājot D komponentu ar kondensatoru.

Vienīgais ierobežojums ir tāds, ka laika konstantei RC jābūt lielai attiecībā pret kvadrātveida viļņu signāla periodu.