Convertorul I-U

Convertorul I-U

De la unele traductoare, din liniile de tensiune obtinem semnale sub forma de curenti. Datorita usurintei de prelucrare a semnalelor sub forma de tensiuni a aparut necesitatea convertoarelor I-U. In continuare se mai ridica doua probleme:

a daca semnalul este intr-un punct cu potential flotant

b) care este nivelul semnalului de curent

A doua problema este simpla. Prin suntare rezistiva se obtin curenti utili foarte mici prelucrabili cu circuite cu AO.

Pentru prima problema vom aborda cazurile separat.

Schema de principiu a unui convertor I U pentru semnal raportat la masa este prezentata in fig.5.17.

Fig.5.17. Schema de principiu a convertorului I-U

Valoarea maxima a convertorului I este data de valorile maxime ale curentilor de iesire ale AO iar valorile minime sunt date de curenti de polarizare de intrare cu AO ()

Se observa ca putem scrie relatia

(5.30)

care arata tocmai dependenta liniara a tensiunii de iesire functie de curentul de intrare

Ca o observatie putem adauga faptul ca un condensator C plasat pe rezistenta de reactie va sunta zgomotele adica le va reduce pe cele de inalta frecventa. Desigur aceasta, prin reactanta sa, nu trebuie sa sunteze rezistenta R de aceea

,

O schema practica a unui astfel de circuit realizata cu un amplificator operational rapid se prezinta in fig.5.18 la care prin rezistenta de 600 practic nu circula curent deoarece o borna este la masa iar cealalta este la masa virtuala.

Fig.5.18. Convertor I-U cu AO rapid

Pe principiul aratat in fig.5.16 au fost construite bucle de curent receptoare pentru curenti standardizati (fig.5.19.)

Fig.5.19. Bucla de curent receptoare(4-20)

Pentru acest circuit putem scrie

    (5.32)

   

    (5.34)

(5.35)

(5.36)

iar in modul     si si relatia (5.37) ne arata o dependenta liniara a tensiunii de iesire, , functie de curentul de intrare .

Ceea ce este reprezentat punctat in schema de la fig.5.18 reprezinta chiar un circuit integrat (RCV420) de fabricatie Burr Brown.

Cu ajutorul acestuia, pentru ca tot am tratat anterior circuitele TWT, putem construi o solutie completa emisie-receptie de curenti in limitele 4-20 (fig.5.20) reprezentand semnale de la un traductor de tip termocuplu.

Fig.5.20. Sistem complet de transmitator pe doua fire

Trebuie sa mentionam faptul ca atunci cand nu se doreste transmiterea in limitele 4-20 si se doreste schimbarea gamei. Acest lucru este posibil foarte simplu (fig.5.21) suntand adecvat rezistentele de intrare de catre 75 care realizau o adaptare de impedanta cu linia de transmisie.

In cazul nostru s-a folosit tot un integrat de tip RCV 420 si rezistentele la intrare de suntare au fost alese de 301. De remarcat faptul ca gama tensiunilor de iesire este tot 0-5V.

Fig.5.21. Bucla receptoare de curent (4-20)

In cazul in care s-ar depasi limitele curentului de intrare in afara domeniului 4-20 ar trebui ca aceste etape sa fie protejate oarecum. De aceea producatorii recomanda folosirea unui astfel de etaj (fig.5.22).

Fig.5.22 Bucla receptoare de curent cu protectie la cupracurentul de intrare

In schema prezentata avem practic o reactie care culege informatie de la iesire(tensiune proportionala cu curentul de intrare) si un comparator care pentru limitele intervalului 4-20foloseste cateva valori de rezistente pentru a crea pragurile de 0,57V si 6,95v incat la depasirea acestori praguri LED-ul din comutatorul optic comanda deschiderea comutatorului K. In rest acest contact va sta inchis.

O aplicatie interesanta a convertorului I-U o intalnim atunci cand curentul de iesire al unui convertor D/A trebuie transformat in     semnal util de tip tensiune ().

Fig.5.23. Convertor I-U pentru DAC

Considernd schema din fig.5.23. unde convertorul D/A furnizeaza curentul I si are o capacitate de iesire se constata prezenta condensatorului pe convertorul I-U care trebuie aleasa conform criteriilor enuntate la (5.31.).Vom avea:

    (5.39)

unde este frecventa limita

Amplificatorul este intr-o conexiune de filtru activ de tip trece jos unde

O problema deosebita se ridica atunci cand avem nevoie de un convertor I U pentru curenti foarte mici. Limitari in acest sens, privind schema de principiu a convertorului le avem din curentilor de polarizare pe intrare () asa cum am mai aratat.

Pentru cazul curentilor de ordinul picoamperilor se va folosi un AO cu curenti de polarizare ultrascazuti realizat cu tranzistoare cu efect de camp pe intrare (fig.5.24.)

Fig.5.24. Convertor I-U pentru curenti de ordinul picoamperilor

Se poate folosi o rezistenta de protectie . Avand in vedere valoarea rezistentei din reactie de functia de transfer a circuitului este constanta de .

O problema esentiala gordarea realiata asa cum se poate observa in fig.5.25

Fig.5.25.Convertor U-I(varianta) pentru curenti de ordinul picoamperilor

Pentru studiu comparativ (fig.5.25) are in vedere detinerea unei tensiuni ceva mai mari prin prezenta unei configuratii de circuit tip T in reactie pentru care putem scrie pentru

   

Fig.5.26.Convertor I-U(varianta) utilizand polarizarea

iar cea de-a doua varianta (fig.5.26) ne arata un eventual mod de prelucrare ulterioara a semnalului util de ordinul milivoltilor cu ajutorul unui amplificator de instrumentatie cu rezistenta externa de reglaj al amplificarii ()

Tensiunea de polarizare aplicata va umbla la nivelul de la iesirea convertorului astfel ca

   

si pentru rezistente alese

vom obtine la iesirea in A .

O a doua problema semnalata mai inainte este preluarea semnalului intr-un punct cu potential flotant. In acest caz se impune folosirea unor amplificatoare de instrumentatie.

Atunci cand pentru un convertor U-I avem iesirea flotanta atunci nici una din bornele sursei de curent reprezentate ori in figuri) nu este la masa.Daca spre exemplu sursa de curent se plaseaza intre cele doua intrari ( si ) ale unui amplificator de instrumentatie, cu reactia respectiva tot ar apare probleme in acest caz recomanda construirea unui amplificator de tensiune flotanta(amplificator de instrumentatie) modificat pentru a fi un convertor I-U (fig.5.27.)

Fig.5.27 Configuratie de convertor I-U pentru semnal flotant

Avand in vedere airculatia curentului I putem scrie:

    (5.42)

    (5.43)

Cum pe intrare este aplicata o sursa de curent rezulta

    (5.44)

iar aceasta tensiune se aplica diferentialului si rezulta

adica dependenta liniara a tensiunii de iesire de curentul de intrare.