Простой преобразователь тока в напряжение

Преобразователи тока в напряжение и напряжения в ток

Входные и выходные каскады большинства электронных устройств обычно являются источниками или приемниками напряжения. Однако в некоторых случаях проще и удобнее работать с токовыми сигналами. Для этих целей применяются преобразователи напряжения в ток (ПНТ, напряжение на входе - ток на выходе), и преобразователи тока в напряжение (ПТН, ток на входе - напряжение на выходе). Во многих случаях приходится иметь дело с токовым входным сигналом, например, в фототранзисторной схеме для измерения уровня освещенности, при измерении тока, потребляемого от источника питания и т.д. Примерами "токовых" нагрузок являются: измерительные магнитоэлектрические головки или такие электромеханические устройства, как двигатели с большим пусковым моментом, шаговые двигатели, электромагнитные реле и др. Токовые сигналы используются и в длинных линиях связи в системах управления производственными процессами (Характерная амплитуда токов от 4 мА до 20 мА), поскольку этот способ обеспечивает хорошую защиту от помех, а сопротивления кабеля и контактных соединений практически не влияют на качество передачи сигнала.

Простой преобразователь тока в напряжение

Показанное на рис. 4.1 простое устройство применяется для измере­ния токов на входе каскада или блока. Измеряемый ток пропускается через образцовый резистор, а затем измеряется падение напряжения на этом резисторе, т.е. применяется обычный закон Ома.

Этот способ пригоден для токов практически любой величины, но его лучше использовать для измерения относительно больших сигналов (более 1 мкА). При измерении токов меньшей величины возникают трудности, так как при этом понадобятся резисторы больших номиналов (которые генерируют значительный шум), и малошумящие усилители с малыми входными токами.

Если попытаться данным способом измерить очень малые токи, потребуется усилитель с высоким входным сопротивлением. Кроме того, паразитная емкость С_П, параллельная резистору R, уменьшает ширину полосы пропускания, граничная частота но уровню -3 дБ будет равна l/2πRC_ПГц.

В зависимости от ситуации усилитель может быть как дифференциальным, так и с одним входом. Усилитель второго типа применяется в случае, если один из выводов резистора Rзаземлен. Для измерения больших токов лучше использовать дифференциальный усилитель, так как при этом можно уменьшить погрешность, связанную с падением напряжения на общем проводе, вызванного протеканием измеряемого тока. Кроме того, используя дифференциальный усилитель, резистор Rможно включить в любой точке токовой цепи, а не только в заземленной.

При больших токах для повышения точности лучше использовать четырехвыводный резистор. У таких резисторов имеются два вывода для измеряемого тока и два измерительных, причем измерительные выводы подключаются непосредственно к образцовому резистивному элементу. В этих резисторах, широко применяемых для точных измерений, переходные сопротивления и сопротивления монтажных проводов не вносят дополнительных погрешностей, поскольку измеряется падение напряжения только на образцовом измерительном резисторе.

Схема с использованием четырехвыводного резистора показана на рис. 4.2, где точки C1и C2 выводы для измеряемого тока, а точки P1и P2 - измерительные выводы. Напомним, что переходные сопротивления и сопротивления монтажных проводов могут быть достаточно большими (в сумме достигать нескольких сотен миллиом), но они не оказывают заметного влияния на точность измерения тока.

Заметим, что при малом сопротивлении токоизмерительного резистора ширину полосы пропускания обычно ограничивает его собственная индуктивность L_П; при этом частота по уровню -3 дБ равна R/2πL_ПГц.