6.11. Преобразователи напряжение-ток
Преобразователи напряжения
в ток применяются в случае, когда ток в нагрузке должен быть пропорционален
входному напряжению и не зависеть от сопротивления нагрузки. В частности, при
постоянном входном напряжении ток в нагрузке также будет постоянным, поэтому
такие преобразователи иногда условно называют стабилизаторами тока.
Простейшая схема стабилизатора
тока, показанная на рис. 10.41, а, представляет собой инвертирующий усилитель,
в котором нагрузка Rn включена в цепь отрицательной обратной связи ОУ. Ток в
нагрузке будет равен Ui/Rl. Для уменьшения нагрузки на источник входного напряжения
он подключается к неинвертирующему входу ОУ. Именно так и сделано в стабилизаторе
тока на рис. 10.41, б, для которого ток в нагрузке равен (Ui/Rl)(l+Rl/R2)(l+R2/R4).
В стабилизаторах тока на
рис. 10.41 нагрузка не заземлена, что не всегда удобно. С этой точки зрения
предпочтительнее стабилизатор тока с заземленной нагрузкой (рис. 10.42). Ток
в нагрузке Rn такого стабилизатора определяется формулой Ii=UiA/B, где A=Rl(R4+R5)R2
-R4; B=[Rl(R4+R5)-R2-R3]Rn+Rl R5(R3+R4). Условием независимости Ii от Rn является
равенство R1(R4+R5)-R2-R3. В таком случае будем иметь Ii=Ui-R2/(Rl-R5).
Отметим, что если в стабилизаторе
на рис. 10.42 подавать Ui через резистор R1 на инвертирующий вход ОУ, а резистор
R3 заземлить, то при выполнении условия R1(R4+R5)=R2-R3 ток в нагрузке только
изменит знак.
Одним из многочисленных
применений преобразователей являются преобразователи сопротивления в напряжение
(ПСН), применяемые в сочетании с резистив-ными датчиками. Для построения ПСН
обычно включают преобразуемое сопротивление в качестве нагрузки стабилизатора
тока. Тогда падение напряжения на
этом сопротивлении будет пропорционально его сопротивлению. На практике удобно
использовать ПСН, имеющие малое выходное сопротивление. Этому требованию в наибольшей
степени отвечает ПСН на основе стабилизатора тока, схема которого показана на
рис. 10.41, а. Действительно, напряжение на выходе ОУ в этом стабилизаторе равно
Ui-Rn/Rl. Следовательно, в качестве выходного напряжения ПСН можно использовать
не падение напряжения на резисторе Rn, а выходное напряжение ОУ. При этом выходное
сопротивление такого ПСН будет весьма низким, как и в любом усилителе, имеющем
отрицательную обратную связь по напряжению.
Удобен для применения ПСН,
выполненный на основе стабилизатора тока на рис. 10.42. Такой ПСН характеризуется
не только малым выходным сопротивлением, но и возможностью заземления резистивного
преобразователя. Если принять R4=0 и R1-R5=R2-R3, то выходное напряжение ОУ
в этом стабилизаторе равно Uo=Ui-Rn(l+R2/Rl)/R3.
Дополнительным достоинством
ПСН на стабилизаторе (рис. 10.42) является возможность скорректировать погрешность
нелинейности прибора, обусловленную нелинейностью характеристики датчика. Если
выбрать R1-R5>R2-R3, то зависимость Uo от Rn будет нелинейной — чувствительность
будет падать с ростом Rn. Если же поменять знак неравенства, то, наоборот, чувствительность
будет расти с ростом Rn. Следовательно, выбирая знак и величину разности R1-R5-R2-R3,
можно получить характеристику преобразования сопротивления в напряжение с компенсацией
нелинейности датчика.
Контрольные вопросы и задания
1. Какую функцию выполняют
преобразователи напряжение-ток и сопротивление-напряжение?
2. Схема измерителя сопротивления
(ПСН) на стабилизаторе тока по схеме рис. 10.41, а показана на рис. 10.43. Какими
должны быть значения напряжения Ui и сопротивления R1, чтобы при измерении выходного
напряжения Uo показания мультиметра совпадали с сопротивлением измеряемого резистора
Rx с коэффициентом кратности 10-k где k — любое целое число, в том числе и ноль.
Расчеты подтвердите моделированием.
3. Дополните схему преобразователя
на рис. 10.42 необходимыми контрольно-измерительными приборами и проведите ее
моделирование, выбрав номиналы резисторов с помощью приведенных выше формул.
Рис. 10.43.
Схема измерителя сопротивления Rx
|