Conversion du signal tension-courant

Dans les circuits d'instrumentation, les signaux CC sont souvent utilisés comme représentations analogiques de mesures physiques telles que la température, la pression, le débit, le poids et le mouvement. Le plus souvent, courant continu les signaux sont utilisés de préférence à la tension continue signaux, car les signaux de courant sont exactement de même amplitude dans toute la boucle du circuit en série transportant le courant de la source (dispositif de mesure) à la charge (indicateur, enregistreur ou contrôleur), tandis que les signaux de tension dans un circuit parallèle peuvent varier d'un bout à l'autre autre en raison de pertes de fil résistif. De plus, les instruments de détection de courant ont généralement de faibles impédances (tandis que les instruments de détection de tension ont des impédances élevées), ce qui confère aux instruments de détection de courant une plus grande immunité au bruit électrique.

Afin d'utiliser le courant comme représentation analogique d'une quantité physique, nous devons disposer d'un moyen de générer une quantité précise de courant dans le circuit de signal. Mais comment générer un signal de courant précis alors que nous ne connaissons peut-être pas la résistance de la boucle ? La réponse consiste à utiliser un amplificateur conçu pour maintenir le courant à une valeur prescrite, en appliquant autant ou aussi peu de tension que nécessaire au circuit de charge pour maintenir cette valeur. Un tel amplificateur remplit la fonction d'une source de courant . Un ampli-op avec rétroaction négative est un candidat parfait pour une telle tâche :

La tension d'entrée de ce circuit est supposée provenir d'un certain type de transducteur/amplificateur physique, calibré pour produire 1 volt à 0 % de la mesure physique et 5 volts à 100 % de la mesure physique. La plage de signal de courant analogique standard est de 4 mA à 20 mA, ce qui signifie respectivement 0 % à 100 % de la plage de mesure. À une entrée de 5 volts, la résistance de 250 Ω (précision) aura 5 volts appliqués à travers elle, résultant en 20 mA de courant dans le grand circuit en boucle (avec R_load ). Peu importe la valeur de résistance R_load est, ou combien de résistance de fil est présente dans cette grande boucle, tant que l'ampli-op a une tension d'alimentation suffisamment élevée pour produire la tension nécessaire pour obtenir 20 mA circulant à travers R_charge . La résistance de 250 Ω établit la relation entre la tension d'entrée et le courant de sortie, créant dans ce cas l'équivalence de 1-5 V en entrée / 4-20 mA en sortie. Si nous convertissions le signal d'entrée de 1 à 5 volts en un signal de sortie de 10 à 50 mA (une norme d'instrumentation plus ancienne et obsolète pour l'industrie), nous utiliserions à la place une résistance de précision de 100 Ω.

Un autre nom pour ce circuit est amplificateur de transconductance . En électronique, la transconductance est le rapport mathématique du changement de courant divisé par le changement de tension (ΔI / Δ V), et elle est mesurée dans l'unité de Siemens, la même unité utilisée pour exprimer la conductance (l'inverse mathématique de la résistance :courant/tension) . Dans ce circuit, le rapport de transconductance est fixé par la valeur de la résistance de 250 Ω, ce qui donne une relation linéaire courant de sortie/tension d'entrée.

AVIS :

• Dans l'industrie, les signaux de courant continu sont souvent utilisés de préférence aux signaux de tension continue comme représentations analogiques de grandeurs physiques. Le courant dans un circuit en série est absolument égal à tous les points de ce circuit quelle que soit la résistance du câblage, tandis que la tension dans un circuit connecté en parallèle peut varier d'un bout à l'autre en raison de la résistance du fil, ce qui rend la signalisation du courant plus précise de la "transmission" à l'instrument « récepteur ».
• Les signaux de tension sont relativement faciles à produire directement à partir de dispositifs transducteurs, contrairement aux signaux de courant précis. Les amplificateurs opérationnels peuvent être utilisés pour « convertir » assez facilement un signal de tension en un signal de courant. Dans ce mode, l'ampli-op produira la tension nécessaire pour maintenir le courant à travers le circuit de signalisation à la valeur appropriée.

FICHE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les circuits d'amplificateur opérationnel du convertisseur de tension/courant