Có rất nhiều loại mạch chuyển đổi điện áp thành dòng điện và dòng điện thành điện áp, và hầu hết chúng sử dụng kết hợp opamps và bóng bán dẫn để đạt được mức độ chính xác cao. Nhưng khi không cần độ chính xác cao, có thể chế tạo một bộ chuyển đổi đơn giản kiểu này chỉ bằng một hoặc hai điện trở.
Điện trở làm bộ chuyển đổi điện áp thành dòng điện
Bất kỳ điện trở R nào được nối qua nguồn điện V đều có thể được coi là một bộ biến đổi điện áp thành dòng điện, vì dòng điện phụ thuộc vào điện áp thông qua định luật Ohm - công thức của nó là I = V / R.
Nếu một đầu của điện trở bị ngắt kết nối và một thành phần D khác được nối với đầu cuối của nguồn điện đã ngắt kết nối và điện trở sao cho R và D mắc nối tiếp trên nguồn điện thì mạch vẫn hoạt động giống như một bộ chuyển đổi điện áp thành dòng điện nếu điện áp giảm trên thành phần D là rất nhỏ hoặc tương đối không đổi.
Thành phần này có thể là một diode, LED, hoặc diode zener, hoặc thậm chí là một điện trở có giá trị thấp. Sơ đồ dưới đây cho thấy những kết hợp có thể có. Điện trở R cũng có thể được coi là điện trở hạn chế dòng điện cho thành phần D.
Dòng điện chạy qua D được xác định theo công thức đơn giản: I = (V - VD) / R, trong đó VD là điện áp rơi trên thành phần được thêm vào.
Đối với các giá trị không đổi của VD và R, dòng điện chỉ phụ thuộc vào V. Đối với điốt phân cực thuận, VD vào khoảng 0,3 - 0,35 vôn đối với gecmani, và 0,6 - 0,7 vôn đối với điốt silicon và tương đối không đổi trong một loạt các dòng điện. Đèn LED tương tự như điốt, ngoại trừ việc chúng được cấu tạo bằng vật liệu đặc biệt phát ra ánh sáng.
Cách đèn LED hoạt động với điện trở
Chúng có điện áp phân cực thuận cao hơn một chút so với điốt thông thường và có thể nằm trong khoảng từ 1,4 vôn đến hơn 3 vôn, tùy thuộc vào màu sắc. Đèn LED hoạt động hiệu quả ở khoảng 10 mA đến 40 mA và một điện trở giới hạn dòng điện hầu như luôn được kết nối với một trong các cực của đèn LED để ngăn chặn bất kỳ thiệt hại nào do dòng điện cao.
Có những thay đổi nhỏ trong việc giảm điện áp của điốt và đèn LED đối với các mức dòng điện khác nhau, nhưng chúng thường có thể bị bỏ qua trong tính toán. Điốt Zener khác ở chỗ chúng được kết nối với phân cực ngược.
Điều này đặt một điện áp giảm cố định VD trên diode zener có thể ở bất kỳ đâu từ 2V đến khoảng 300V, tùy thuộc vào loại. Để cho bất kỳ thiết bị nào trong số các thiết bị này hoạt động, điện áp cung cấp phải cao hơn điện áp rơi VD.
Bất kỳ giá trị nào của điện trở sẽ hoạt động, miễn là giá trị của nó đủ thấp để cho phép đủ dòng điện chạy qua, đồng thời phải đủ cao để ngăn dòng điện dư thừa chạy qua. Thông thường có một thành phần chuyển mạch được chèn vào đâu đó trong mạch nối tiếp này, giúp bật hoặc tắt đèn LED, v.v. Đây có thể là bóng bán dẫn, FET hoặc tầng đầu ra của opamp.
LED và điện trở trong đèn pin
Một đèn pin LED về cơ bản bao gồm pin, công tắc, đèn LED và điện trở giới hạn dòng điện, tất cả được kết nối nối tiếp. Đôi khi, mạch hạn chế dòng điện bao gồm hai điện trở mắc nối tiếp trên nguồn điện, thay vì thiết bị loại điện trở và diode.
Điện trở thứ hai RD có giá trị nhỏ hơn nhiều so với điện trở giới hạn hiện tại, R, và thường được gọi là điện trở 'shunt' hoặc 'cảm giác'.
Mạch vẫn có thể được coi là một bộ biến đổi điện áp thành dòng điện, vì công thức trên bây giờ có thể được giảm xuống I = V / R, vì VD là không đáng kể so với V.
Dòng điện bây giờ sẽ chỉ phụ thuộc vào điện áp, vì R không đổi. Loại mạch này thường có thể được tìm thấy trong các mạch cảm biến khác nhau, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ và áp suất, trong đó một lượng dòng điện xác định chạy trong thiết bị có điện trở nhỏ.
Điện áp trên thiết bị này thường được khuếch đại để đo bất kỳ sự thay đổi nào khi điện trở của cảm biến thay đổi trong các điều kiện khác nhau. Điện áp này thậm chí có thể được đọc bằng đồng hồ vạn năng nếu nó có đủ độ nhạy.
Nếu biến công thức I = V / R trở thành hàm điện áp V = I R, thì mạch nối tiếp hai điện trở đơn giản cũng có thể được coi như một bộ biến đổi dòng điện thành điện áp.
Điện trở giới hạn dòng điện vẫn có giá trị cao hơn nhiều so với điện trở cảm biến và điện trở cảm biến này đủ nhỏ để nó không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch theo bất kỳ cách nào có ý nghĩa.
Sử dụng điện trở cảm biến dòng điện
Dòng điện được chuyển đổi thành điện áp bằng thực tế là điện áp nhỏ VD trên điện trở cảm biến có thể được phát hiện bằng đồng hồ vạn năng hoặc nó có thể được khuếch đại và áp dụng như một tín hiệu vào bộ chuyển đổi A / D.
Điện áp đo được này cho biết cường độ dòng điện với công thức định luật Ohm V = I R. Ví dụ, nếu 0,001 A chạy qua 1 ohm, thì số đọc điện áp là 0,001 V.
Việc chuyển đổi đơn giản đối với điện trở 1 ohm, nhưng nếu giá trị này quá cao, có thể sử dụng một giá trị khác - như 0,01 ohm - và có thể dễ dàng tìm thấy điện áp bằng cách sử dụng V = I R.
Giá trị thực của điện trở giác không quan trọng trong cuộc thảo luận này. Nó có thể ở bất kỳ đâu từ 0,1 ôm đến 10 ôm, miễn là điện trở giới hạn dòng cao hơn nhiều. Trong các ứng dụng dòng điện cao, giá trị của điện trở cảm giác phải rất thấp để tránh tiêu tán công suất quá mức.
Ngay cả với giá trị khoảng 0,001 ohms, một điện áp hợp lý có thể được cảm nhận trên nó vì dòng điện cao. Trong những trường hợp như thế này, điện trở cảm giác thường được gọi là điện trở 'shunt'.
Ví dụ, loại mạch này thường được sử dụng để đo dòng điện qua động cơ DC. Việc sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện áp AC hoặc DC tại bất kỳ điểm nào trong mạch điện tử, chẳng hạn như trên bo mạch chủ PC là một vấn đề đơn giản. Thang đo điện áp thích hợp được đặt trên đồng hồ vạn năng, đầu dò màu đen được kết nối với điểm nối đất và đầu dò màu đỏ được kết nối với điểm kiểm tra.
Điện áp sau đó được đọc trực tiếp. Hy vọng rằng trở kháng của mạch đầu vào của đầu dò đủ cao để không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch theo bất kỳ cách nào. Trở kháng đầu vào của đầu dò phải có điện trở nối tiếp rất cao cùng với điện dung shunt rất thấp.
Đo điện áp hiện tại trong mạch phức tạp
Việc đo dòng điện AC hoặc DC tại bất kỳ điểm nào trong mạch thay vì điện áp trở nên phức tạp hơn một chút và mạch có thể phải được sửa đổi một chút để phù hợp với điều này. Có thể cắt dây của mạch tại điểm mà phép đo dòng điện được mong muốn, sau đó lắp điện trở cảm giác có giá trị thấp vào hai điểm tiếp xúc.
Một lần nữa, giá trị của điện trở này phải đủ thấp để không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. Sau đó, các đầu dò vạn năng có thể được kết nối qua điện trở cảm giác này bằng cách sử dụng thang điện áp thích hợp và điện áp điện trở sẽ được hiển thị.
Điều này có thể được chuyển đổi thành dòng điện chạy qua điểm thử nghiệm bằng cách chia cho giá trị điện trở cảm giác, như trong công thức I = V / R.
Trong một số trường hợp, điện trở cảm giác có thể được giữ cố định trong mạch nếu dòng điện tại một điểm thử nghiệm cụ thể cần được đo thường xuyên.
Sử dụng DMM để kiểm tra dòng điện
Có lẽ sẽ dễ dàng hơn nhiều để đo dòng điện trực tiếp bằng đồng hồ vạn năng, thay vì phải sử dụng một điện trở giác. Vì vậy, sau khi cắt dây tại điểm cần đo, điện trở giác có thể được để ra ngoài và các dây dẫn của đồng hồ vạn năng được nối trực tiếp vào hai điểm tiếp xúc.
Chỉ báo dòng hiện tại sẽ được hiển thị trên đồng hồ vạn năng nếu thang đo dòng AC hoặc DC thích hợp được đặt. Điều quan trọng là luôn đặt đúng thang đo điện áp hoặc dòng điện trên đồng hồ vạn năng trước khi kết nối bất kỳ đầu dò nào, nếu không có nguy cơ ghi số đọc bằng 0.
Khi thang đo dòng điện được đặt trên đồng hồ vạn năng, trở kháng đầu vào của các đầu dò đầu vào trở nên rất nhỏ, tương tự như điện trở giác.
Đầu vào đầu dò của đồng hồ vạn năng có thể được coi là cảm biến hoặc điện trở 'shunt', vì vậy bản thân đồng hồ vạn năng có thể được đưa vào thay cho điện trở RD trong sơ đồ trên. Hy vọng rằng, trở kháng đầu vào của đồng hồ vạn năng đủ thấp để nó không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch theo bất kỳ cách nào.
Các kỹ thuật chuyển đổi dòng điện thành điện áp và điện áp thành dòng điện đơn giản được thảo luận trong bài viết này không chính xác như các kỹ thuật dựa trên bóng bán dẫn hoặc amp, nhưng đối với nhiều ứng dụng, chúng sẽ hoạt động tốt. Cũng có thể thực hiện các kiểu chuyển đổi đơn giản khác bằng cách sử dụng mạch nối tiếp được trình bày ở trên.
Ví dụ, một đầu vào sóng vuông có thể được chuyển đổi thành dạng sóng răng cưa (bộ tích phân) bằng cách thay thế thành phần D bằng một tụ điện.
Hạn chế duy nhất là hằng số thời gian RC phải lớn so với chu kỳ của tín hiệu sóng vuông.
Trước: Lấy năng lượng miễn phí từ không khí bằng cuộn dây kích thích Sec Tiếp theo: Giới thiệu về Schmitt Trigger
