Terdapat banyak jenis litar penukar voltan-ke-semasa dan arus-ke-voltan, dan kebanyakannya menggunakan gabungan opamp dan transistor untuk mencapai tahap ketepatan yang tinggi. Tetapi apabila ketepatan tinggi tidak diperlukan, penukar sederhana jenis ini dapat dibuat dengan hanya menggunakan satu atau dua perintang.
Perintang sebagai Voltan ke Penukar Semasa
Mana-mana perintang R yang disambungkan melintasi bekalan kuasa V boleh dianggap sebagai voltan ke penukar arus, kerana arus bergantung pada voltan melalui undang-undang Ohm - formula yang I = V / R.
Sekiranya salah satu hujung perintang terputus, dan komponen D yang lain disambungkan ke terminal bekalan kuasa dan perintang yang terputus sehingga R dan D berada di rangkaian merentasi bekalan kuasa, litar masih berkelakuan seperti penukar voltan ke arus jika voltan jatuh merentas komponen D sangat kecil atau agak tetap.
Komponen ini boleh menjadi diod, LED, atau zener diod, atau bahkan perintang bernilai rendah. Rajah di bawah menunjukkan kemungkinan kombinasi ini. Perintang R juga boleh dianggap sebagai perintang penghad semasa untuk komponen D.
Arus yang mengalir melalui D ditentukan oleh formula mudah: I = (V - VD) / R, di mana VD adalah penurunan voltan merentasi komponen yang ditambahkan.
Untuk nilai tetap VD dan R, arus hanya bergantung pada V. Untuk diod bias ke hadapan, VD adalah sekitar 0.3 - 0.35 volt untuk germanium, dan 0.6 - 0.7 volt untuk diod silikon, dan relatif tetap pada pelbagai arus. LED serupa dengan dioda, kecuali ia dibina menggunakan bahan khas yang memancarkan cahaya.
Bagaimana LED Berfungsi dengan Perintang
Mereka mempunyai voltan bias ke depan yang sedikit lebih tinggi daripada diod biasa, dan dapat berada di mana saja dari sekitar 1.4 volt hingga lebih dari 3 volt, bergantung pada warnanya. LED beroperasi dengan cekap sekitar 10 mA hingga 40 mA, dan perintang penghad arus hampir selalu disambungkan ke salah satu terminal LED untuk mengelakkan kerosakan akibat arus tinggi.
Terdapat sedikit perubahan pada penurunan voltan diod dan LED untuk tahap arus yang berbeza, tetapi ini biasanya dapat diabaikan dalam pengiraan. Diod Zener berbeza kerana ia dihubungkan dengan bias terbalik.
Ini menetapkan penurunan voltan tetap VD di diod zener yang boleh berada di mana saja dari 2V hingga sekitar 300V, bergantung pada jenisnya. Agar mana-mana peranti ini berfungsi, voltan bekalan harus lebih tinggi daripada penurunan voltan VD.
Sebarang nilai perintang akan berfungsi, selagi nilainya cukup rendah untuk membolehkan arus yang mencukupi mengalir, dan pada masa yang sama cukup tinggi untuk mengelakkan arus berlebihan daripada mengalir. Biasanya terdapat komponen pensuisan yang dimasukkan di suatu tempat dalam rangkaian siri ini, yang menyalakan atau mematikan LED, dan lain-lain. Ini boleh menjadi transistor, FET, atau tahap output opamp.
LED dan Perintang dalam Lampu suluh
Lampu suluh LED pada dasarnya terdiri daripada bateri, suis, LED, dan perintang penghad semasa yang disambungkan secara bersiri. Kadang-kadang, litar penghad semasa terdiri daripada dua perintang secara bersiri merentasi bekalan kuasa, dan bukannya peranti jenis perintang-dan-diod.
Perintang kedua RD mempunyai nilai yang jauh lebih kecil daripada perintang had semasa, R, dan sering disebut perintang 'shunt' atau 'sense'.
Litar masih boleh dianggap sebagai penukar voltan ke arus, kerana formula di atas kini dapat dikurangkan menjadi I = V / R, kerana VD diabaikan berbanding dengan V.
Arus sekarang hanya bergantung pada voltan, kerana R tetap. Litar semacam ini sering dijumpai di pelbagai litar sensor, seperti sensor suhu dan tekanan, di mana jumlah arus yang ditentukan adalah mengalir dalam peranti dengan rintangan kecil.
Voltan di seluruh peranti ini biasanya diperkuat untuk mengukur sebarang perubahan kerana rintangan sensor berubah dalam keadaan yang berbeza-beza. Voltan ini bahkan dapat dibaca oleh multimeter jika mempunyai kepekaan yang mencukupi
Sekiranya formula I = V / R dibalik untuk menjadi fungsi voltan V = I R, rangkaian siri dua perintang sederhana boleh dianggap sebagai penukar arus ke voltan juga.
Perintang penghad semasa masih mempunyai nilai yang jauh lebih tinggi daripada perintang pancaindera, dan perintang rasa ini cukup kecil sehingga tidak mempengaruhi operasi litar dengan cara yang bermakna.
Menggunakan Perintang Sensing Semasa
Arus diubah menjadi voltan oleh fakta bahawa voltan kecil VD di seluruh perintang akal dapat dikesan oleh multimeter, atau dapat diperkuat dan diterapkan sebagai isyarat ke penukar A / D.
Voltan yang diukur ini menunjukkan aliran arus dengan formula undang-undang Ohm V = I R. Contohnya, jika 0.001 A mengalir melalui 1 ohm, bacaan voltan ialah 0.001 V.
Penukarannya sederhana untuk perintang 1 ohm, tetapi jika nilai ini terlalu tinggi, nilai lain - seperti 0.01 ohm - dapat digunakan, dan voltan dapat dijumpai dengan mudah menggunakan V = I R.
Nilai sebenar perintang rasa tidak penting dalam perbincangan ini. Ia boleh berada di mana-mana dari 0.1 ohm hingga 10 ohm, selagi perintang had semasa jauh lebih tinggi. Dalam aplikasi semasa tinggi, nilai perintang rasa harus sangat rendah untuk mengelakkan pelesapan daya yang berlebihan.
Walaupun dengan nilai sekitar 0,001 ohm, voltan yang berpatutan dapat dirasakan di seberang kerana aliran arus yang tinggi. Dalam kes seperti ini, perintang akal biasanya disebut sebagai perintang 'shunt'.
Litar jenis ini sering digunakan untuk mengukur arus walaupun motor DC, misalnya. Adalah mudah untuk menggunakan multimeter untuk mengukur voltan AC atau DC pada mana-mana titik dalam litar elektronik, seperti pada papan induk PC. Skala voltan yang sesuai ditetapkan pada multimeter, probe hitam disambungkan ke titik tanah, dan probe merah disambungkan ke titik pemeriksaan.
Voltan kemudian dibaca secara langsung. Semoga impedansi litar input probe cukup tinggi sehingga tidak mempengaruhi operasi litar dengan cara apa pun. Impedans input probe harus mempunyai rintangan siri yang sangat tinggi bersama dengan kapasitansi shunt yang sangat rendah.
Mengukur Voltan Semasa di Litar Kompleks
Mengukur arus AC atau DC di mana-mana titik dalam litar dan bukannya voltan menjadi sedikit lebih sukar, dan litar mungkin perlu sedikit diubah untuk menampung ini. Adalah mungkin untuk memotong pendawaian litar pada titik di mana pengukuran aliran arus yang diinginkan, dan kemudian memasukkan perintang rasa dengan nilai yang rendah pada dua titik hubungan.
Sekali lagi, nilai perintang ini harus cukup rendah sehingga tidak mempengaruhi operasi litar. Probe multimeter kemudian boleh disambungkan melintasi perintang rasa ini menggunakan skala voltan yang sesuai, dan voltan perintang akan dipaparkan.
Ini dapat ditukar menjadi arus yang mengalir melalui titik ujian dengan membahagi dengan nilai perintang rasa, seperti dalam formula I = V / R.
Dalam beberapa kes, perintang akal dapat disimpan dalam litar secara kekal jika arus pada titik ujian tertentu perlu diukur dengan kerap.
Menggunakan DMM untuk Memeriksa Semasa
Mungkin lebih mudah untuk mengukur aliran arus dengan multimeter secara langsung, daripada harus menggunakan perintang akal. Oleh itu, setelah memotong wayar pada titik yang hendak diukur, perintang rasa dapat ditinggalkan dan petunjuk multimeter disambungkan terus ke dua titik hubungan.
Petunjuk aliran semasa akan ditunjukkan pada multimeter jika skala arus AC atau DC yang sesuai ditetapkan. Selalu penting untuk menetapkan voltan atau skala arus yang betul pada multimeter sebelum memasang probe, atau berisiko mencatat bacaan sifar.
Apabila skala semasa ditetapkan pada multimeter, impedans input dari probe input menjadi sangat kecil, mirip dengan perintang akal.
Input probe multimeter dapat dianggap sebagai perintang atau 'shunt' resistor, sehingga multimeter itu sendiri dapat dimasukkan sebagai pengganti perintang RD dalam rajah di atas. Mudah-mudahan, impedans input multimeter cukup rendah sehingga tidak mempengaruhi operasi litar dengan cara apa pun.
Teknik penukaran arus-ke-voltan dan voltan-ke-arus yang sederhana yang dibincangkan dalam artikel ini tidak tepat seperti yang didasarkan pada transistor atau amp, tetapi untuk banyak aplikasi, ia akan berfungsi dengan baik. Anda juga boleh melakukan jenis penukaran mudah yang lain menggunakan rangkaian rangkaian yang ditunjukkan di atas.
Sebagai contoh, input gelombang persegi boleh ditukar menjadi bentuk gelombang gigi gergaji (integrator) dengan mengganti komponen D dengan kapasitor.
Satu-satunya batasan adalah bahawa pemalar masa RC mestilah besar berbanding dengan masa isyarat gelombang persegi.
Sebelumnya: Memperoleh Tenaga Percuma dari Udara Menggunakan Sec Excitor Coil Seterusnya: Pengenalan kepada Schmitt Trigger
