Меню

Преобразователь напряжение ток пнт

Преобразователь напряжение ток пнт

Входные и выходные каскады большинства электронных устройств обычно являются источниками или приемниками напряжения. Однако в некоторых случаях проще и удобнее работать с тцковыми 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.

4.1. 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 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

Рис. 4.1. Простой преобразователь тока в напряжение.

с малыми входными токами. Если попытаться данным способом измерить очень малые токи, потребуется усилитель с высоким входным сопротивлением. Кроме того, паразитная емкость параллельная резистору Л, уменьшает ширину полосы пропускания, граничная частота по уровню —3 дБ будет равна

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 Я заземлен. 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 R можно 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 выводы для измеряемого тока, а точки — 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

Рис. 4.2. Применение четырехвыводного резистора.

измерения тока. Заметим, что при малом сопротивлении токоизмерительного резистора ширину полосы пропускания обычно ограничивает его собственная индуктивность при этом частота; по урювню —3 дБ равна Гц.

Источник

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 1)

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 2)

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 3)

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 4)

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 5)

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 6)

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 7)

Преобразователи напряжение-ток измерительные ПНТ (Фото 8)

Номер в ГРСИ РФ: 25451-12
Производитель / заявитель: ООО НПФ «КонтрАвт», г.Нижний Новгород

Для преобразования термо-ЭДС, поступающих от термоэлектрических преобразователей, в унифицированный сигнал постоянного тока 4. 20 мА, совместно с термоэлектрическими преобразователями обеспечивают измерение температуры в технологических процессах в энергетике, металлургии, химической, нефтяной, газовой, машиностроительной, пищевой, перерабатывающей и других отраслях промышленности, а также научных исследованиях.В 2010 г. увеличен интервал между поверками с 1 года до 2 лет (НТК 03д2 от 29.07.10 п.535)

Скачать

Информация по Госреестру

Основные данные
Номер по Госреестру 25451-12
Наименование Преобразователи напряжение-ток измерительные
Модель ПНТ
Класс СИ 32.02
Год регистрации 2012
Методика поверки / информация о поверке ПИМФ.411522.003 МП
Межповерочный интервал / Периодичность поверки 2 года
Страна-производитель Россия
Примечание 23.07.2012 утвержден вместо 25451-07
Информация о сертификате
Срок действия сертификата 23.07.2017
Номер сертификата 47435
Тип сертификата (C — серия/E — партия) C
Дата протокола Приказ 510 п. 23 от 23.07.201203д2 от 29.07.10 п.535
Производитель / Заявитель

ООО НПФ «КонтрАвт», г.Нижний Новгород

603106, ул.Корнилова, 3-1, а/я 166, тел./факс (8312) 66-23-09, (603107, а/я 21,тел./факс (8312) 16-63-08 (многоканальный), 66-16-04, 66-16-94)

Назначение

Преобразователи напряжение — ток измерительные ПНТ предназначены для преобразования термо-ЭДС, поступающих от термоэлектрических преобразователей (ТЭП), или сигналов напряжения в унифицированный сигнал постоянного тока от 4 до 20 мА.

Описание

Преобразователи совместно с термоэлектрическими преобразователями обеспечивают измерение температуры в технологических процессах, а также научных исследованиях.

1 Варианты исполнения преобразователей напряжение — ток измерительных Преобразователи выпускаются в двух базовых исполнениях:

— преобразователи с фиксированным типом входного сигнала, конструктивное исполнение для монтажа в четырехклеммную карболитовую головку типа М10-20 ДТ ПНТ-Х — Х

— преобразователи с программируемым выбором типа входного сигнала ПНТ — Х — Pro

_ — тип входного сигнала выбирается циклическим пере-

Конструктивное исполнения клеммной головки:

_ а — тип корпуса головки ТПС М 10-20 ДТ

b — тип корпуса головки согласно стандарту DIN 43729

Схема подключения преобразователя со стороны термоэлектрического преобразователя и со стороны источника питания — двухпроводная.

2 Принцип действия

В состав преобразователя с фиксированным сигналом входят электронная схема формирования передаточной характеристики, обеспечивающая компенсацию нелинейности номинальной статической характеристики ТЭП, схема компенсации термо-ЭДС холодного спая и управляемый стабилизатор тока.

Преобразователь с программируемым выбором типа сигнала (циклическое переключение типа входного сигнала) представляет собой аналогово-цифро-аналоговый преобразователь, выполненный на микроконтроллере, выполняющем функции:

— выбора типа входного сигнала и диапазона преобразования;

— измерения входных сигналов и компенсации нелинейности;

— компенсации температуры холодного спая (для термопар);

— управления стабилизатором тока в зависимости от измеренного значения.

3 Внешний вид преобразователей

Внешний вид преобразователей ПНТ и ПНТ-a-Pro с конструктивным исполнением для монтажа в четырехклеммную карболитовую головку типа М10-20 ДТ приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 — Внешний вид преобразователей ПНТ и ПНТ-a-Pro

Внешний вид преобразователей ПНТ-b-Pro с конструктивным исполнением для монтажа в соединительную головку типа B согласно стандарту DIN 43729 приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Внешний вид преобразователей ПНТ-b-Pro

4 Защита от несанкционированного доступа

Для защиты от несанкционированного доступа, после сборки и поверки преобразователей, на их корпус наклеиваются одноразовые гарантийные наклейки контроля вскрытия, которые самоуничтожаются при несанкционированном вскрытии.

Внешний вид преобразователей с гарантийными одноразовыми наклейками контроля вскрытия приведены на рисунке 3.

Технические характеристики

Диапазоны преобразуемых преобразователями температур от термопар по ГОСТ Р 8.585-2001 приведены:

— для преобразователей с фиксированным типом входного сигнала в таблице 1.

— для преобразователей с программируемым выбором типа входного сигнала в таблице 2.

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности преобразователей с фиксированным типом входного сигнала 5осн. (приведенной к диапазону преобразования относительно номинальной статической характеристики), при номинальном напряжении питания и номинальном сопротивлении нагрузки не превышают значений, указанных в таблице 1 для начального и рабочего интервала температур.

Диапазоны температур, °С

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности преобразователей (5осн.), %

Источник

Преобразователи напряжение-ток

Простейшие преобразователи напряжения в ток. Преобразователи напряжение-ток (ПНТ) на основе дифференциальных каскадов. Повышение линейности ПНТ. Дифференциальное выходное сопротивление транзисторов. Операционные усилители в цепи обратной связи.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 21.03.2011
Размер файла 1,0 M
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Простейшие преобразователи напряжения в ток

2. ПНТ на основе дифференциальных каскадов

3. Повышение линейности ПНТ

4. Исследование ПНТ

Преобразователи напряжение-ток (ПНТ) также являются важным элементом в схемотехнике аналоговых электронных устройств. На их основе могут быть выполнены различные прецизионные операционные усилители, в которых ПНТ используется как входной дифференциальный каскад; ПНТ органично входят в структуры АПН и могут использоваться в различных измерительных схемах.

1. Простейшие преобразователи напряжения в ток

Принцип преобразования напряжения в ток может быть проиллюстрирован с помощью простейшего усилительного каскада на одиночном транзисторе (рис. 1). (Отметим, что резистор R1 выполняет функцию подключения коллектора к шине питания; он достаточно низкоомный и служит как датчик тока при измерении тока коллектора.)

Рис. 1. Простейший преобразователь напряжение-ток на одиночном транзисторе

Предположим, что напряжение смещения UC транзистору обеспечивает источник сигнала UС. Тогда для тока эмиттера IЭ транзистора может быть записано следующее уравнение:

Оценивать качество преобразования входного напряжения в выходной ток (ток коллектора IK транзистора) наиболее просто, находя крутизну прямого преобразования S:

при условии, что 1.

Находить производную от выражения (1) в явном виде — достаточно громоздкая процедура, поэтому можно найти производную dUC/dIk, а затем взять обратную величину:

Выражение (2) показывает, что качество преобразования входного напряжения в выходной ток существенным образом зависит от дифференциального сопротивления эмиттера транзистора, которое, в свою очередь, зависит от тока эмиттера, а следовательно, от входного напряжения. Таким образом, простейший ПНТ обладает двумя существенными недостатками:

— нелинейностью крутизны преобразования;

— отсутствие возможности осуществлять преобразование двухполярных сигналов.

2. ПНТ на основе дифференциальных каскадов

Обеспечить преобразование двухполярных сигналов можно с помощью ПНТ на основе дифференциального каскада с последовательной отрицательной обратной связью по току в эмиттерной цепи (рис. 2а).

Рис. 2. Преобразователь напряжение-ток а) и его проходная характеристика б)

Для схемы ПНТ (рис. 2а), воспользовавшись вторым правилом Кирхгофа, можно записать следующее уравнение для узловых потенциалов:

где T — температурный потенциал;

IХ — приращение тока через резистор R1 при воздействии входного напряжения UX.

С учётом того, что разность напряжений база-эмиттер можно представить как:

проходная характеристика такого звена (рис. 2б) может быть представлена следующим образом:

Очевидно, что нелинейная составляющая в проходной характеристике определяется первым слагаемым в выражении (4).

Достаточно удобным способом оценки погрешности такого преобразователя, обусловленной нелинейностью, может служить нахождение отклонения реальной функции IХ /I0 (кривая 2 на рис. 2б) от её линейного приближения (кривая 1 на рис. 1б). Отметим, что кривая 2 (рис. 2б) представляет собой разность выходных токов коллекторов транзисторов дифференциальной пары.

Отклонение от линейности можно представить следующим образом:

где SX=dIX /dUX — крутизна прямой передачи, определяемая из выражения (4);

IX — абсолютное отклонение тока;

S0 =I0 /U0 — крутизна прямой передачи при линейном приближении;

I0 — максимальный выходной ток преобразователя при подаче на вход максимального напряжения U0.

Отметим, что SX(0) = S0, поэтому:

где rE = T/I0 — дифференциальное выходное сопротивление транзисторов VT1, VT2 со стороны эмиттера при начальном токе I0; X=IX/I0.

Подставляя (6) и (7) в (8), получаем:

поскольку при 500 и относительном изменении тока X S2 (S4 > S3), так как и в этом случае из-за деления выходных токов дифференциального каскада результирующая крутизна несколько снижается и определяется выражением (15), причём К=S2/S1 = S3/S4.

Формировать компенсирующий ток можно и в эмиттерных цепях базового дифференциального каскада, как это показано на рисунке В этом случае часть компенсирующего тока попадает в эмиттер дифференциального каскада, а часть тока, обусловленная коэффициентом передачи делителя тока на транзисторах VT7, VT8 (VT9, VT10), перекрёстно отправляется в коллекторы транзисторов дифференциальной пары. За счёт этого удаётся незначительно снизить крутизну преобразования при достаточно высокой линейности. Отметим, что последняя схема ПНТ обладает наибольшим динамическим диапазоном входного сигнала из ранее рассмотренных при одинаковом отклонении от линейности.

Рис. 9. Схема ПНТ, формирующая компенсирующие токи в эмиттерных цепях дифференциального каскада

Фактически вся компенсирующая цепь обеспечивает неизменность тока эмиттера транзисторов дифференциальной пары при изменении входного напряжения. Действительно, если входное напряжение UX растёт, растёт и эмиттерный ток транзистора VT1 за счёт приращения тока через резистор R0. Одновременно с этим растёт напряжение и на базе транзистора VT10 (на базе транзистора VT7 напряжение соответственно уменьшается), что приводит к уменьшению тока эмиттера транзистора VT7 за счёт появления приращения тока через резистор RK и к снижению тока эмиттера транзистора VT1. Таким образом, ток эмиттера транзистора VT1, наряду с положительным приращением тока через резистор R0, получает отрицательное приращение тока через коллектор транзистора VT7, и при правильном выборе резистора RK ток эмиттера транзистора VT1 перестаёт зависеть от входного напряжения. Естественно, ток эмиттера транзистора VT2 зависит от входного сигнала «с точностью до наоборот», в результате чего влияние режимно зависимых дифференциальных сопротивлений эмиттеров транзисторов VT1 и VT2 исключается.

Условие максимальной линейности можно получить из выражения для разности выходных токов ПНТ:

Источник



Преобразователь тока в напряжение на ОУ

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

В радиотехнике часто возникает необходимость в преобразователях. Многие источники сигнала имеют токовый выход. К таким источникам относятся ЦАПы, фоторезисторы, фототранзисторы и др… Для последующих манипуляций с сигналом необходимо преобразовывать его в напряжение. Рассмотрим проверенный временем преобразователь тока в напряжение на ОУ с разными источниками сигнала.

  1. Преобразователь тока в напряжение
  2. Схема преобразователя ток-напряжение на ОУ
  3. Преобразователь для заземленного источника
  4. Преобразователь тока в напряжение для незаземленного источника
  5. Заключение

Преобразователь тока в напряжение

Преобразователь тока в напряжение (или сокращенно I-U преобразователь) — это схемное решение, позволяющее преобразовывать выходной токовый сигнал источника в напряжение.

Так же его называют усилитель — преобразователь сопротивления. Такое название в технической литературе было дано за то, что простейший преобразователь тока в напряжение — это резистор.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Вся магия преобразования происходит по закону дедушки Ома. Ток iвх протекая через резистор R вызывает на нем падение напряжение Uвых. Величина этого напряжения прямо пропорциональна произведению сопротивления резистора и входного тока. Пожалуй формулой все звучит даже проще:

Основной недостаток использования одного резистора состоит в его ненулевом сопротивлении. Это обстоятельство становится серьезной проблемой, когда источник не в состоянии обеспечить необходимый уровень напряжения на резисторе. Результатом буду просадки напряжения на выходе.

Еще больше сопротивление сказывается на работе преобразователя, если у источника тока малый выходной рабочий диапазон. К таким источникам относится, например, фотодиод. Его выходной ток составляет единицы мкА.

В случае же ЦАПа, особенно высококачественного, использование резистора для преобразования предпочтительнее. Почему и зачем читайте в статье Резистор для ЦАП с токовым выходом. Это обусловлено некоторыми фазовыми проблемами схем, которые будут рассмотрены. К счастью для нас, источникам вроде фотодиода фазовые искажения безразличны.

Схема преобразователя ток-напряжение на ОУ

Схема преобразователя тока в напряжение, совсем не нова, но проверенна и безотказна. В общем виде она выглядит следующим образом:

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Ток сигнала iвх втекает в инвертирующий вход. Поскольку входной ток идеального ОУ равен нулю, то весь входящий ток поступает на резистор R цепи обратной связи. Этот ток создает на резисторе падение напряжения по закону все того же Ома.

Как результат ОУ будет стараться поддерживать на сопротивлении нагрузки RН напряжение, пропорциональное величине входного тока. Коэффициент усиления схемы в, таком случае, имеет размерность сопротивления. Что еще раз объясняет советское название усилитель-преобразователь сопротивления:

Преобразователь для заземленного источника

Рассмотрим несколько схем преобразователя тока в напряжение на ОУ, подходящие для любого случая. Начнем со схемы преобразователя для фотодиода.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Направление протекания тока показано стрелкой, и для данного случая величина выходного напряжения составит:

Знак минус появляется из-за выбранного направления протекания тока фотодиода. (Указано стрелкой на схеме выше)

На этой схеме так же показан дополнительный резистор в 1 МОм, с неинвертирующего(+) входа ОУ на землю. Схема останется работоспособной и без этого резистора, а вход операционного усилителя в таком случае заземляется напрямую.

Однако имея резистор в 1 МОм в цепи обратной связи, на каждый 1 мкА входного тока на выходе будет создан 1 Вольт напряжения. При таком коэффициенте усиления (миллион раз) резистор желателен из-за неидеальности операционных усилителей.

Преобразователь тока в напряжение используют и с источниками сигнала, подключенными к шине питания. Такая схема часто применяется с элементами вроде фототранзисторов. Фототранзистор потребляет (пропускает) ток, под действием внешнего источника света, положительной шины питания.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Преобразователь тока в напряжение для незаземленного источника

Такой преобразователь отличается наличием второго токочувствительного резистора в цепи прохождения сигнального тока, который заземлен. Схема симметричного преобразователя ток-напряжение это подобие дифференциального усилителя.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

В следствии падения напряжения так же и на заземленном резисторе, потенциал входа ОУ падает ниже потенциала земли, а на выходе устанавливается напряжение:

Симметричный преобразователь тока в напряжение — пример операционной схемы, которой необходим незаземленный (плавающий) источник сигнала. Таким источником может послужить все тот же фотодиод. При этом фотодиод может быть вынесен за пределы платы. Для еще большей минимизации помех, желательно использовать экранированный кабель, экран которого должен быть соединен с землей.

Заключение

Рассмотренные схемы используются повсеместно. Они прекрасно подходят для токовых источников с плавным изменением сигнала. Для ЦАПов же предпочтительнее использование резистора. О том, чем это лучше, и как правильно согласовать резистор со следующим каскадом читайте в статье Резистор для ЦАП с токовым выходом .

Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru

AliExpress RU&CIS

Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название — АудиоГик. Материалы этого сайта — личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали 🙂

Здравствуйте, Андрей!
Спасибо за полезную информацию!
Хочу воспользоваться Вашим советом, однако меня гложет одно сомнение. Насколько правильно использовать преобразователь ток-напряжения (ТИ) для трансформатора тока (ТТ)? ТТ требуется обязательно сопротивление нагрузки. В теории ТИ обладает нулевым входным сопротивлением. Или я заблуждаюсь? Не корите строго в схемотехнике я не силен. 🙂

Здравствуйте Владимир!
Честно говоря с трансформаторами тока не работал, но слегка по-гуглил.
Во первых — у Вас переменный или постоянный ток?
Во вторых да, преобразователь ток-напряжение в идеале имеет нулевое входное сопротивление. Для преобразования можете воспользоваться резистором, а уже с него снимать напряжение тем же неинвертирующим усилителем на ОУ, такое было показано в статье Резистор для ЦАП с токовым выходом.
Если у вас переменный ток, то для измерений требуется его сначала выпрямить, для этого можно воспользоваться активным выпрямителем.

Андрей, спасибо за ответ!
Я перечитал, и взял на вооружение все Ваши подходящие мне статьи.
Кроме того просмотрел, И Хоровица с нашим дорогим Хиллом :), и Титце с Шенком тоже, и Достала, который Иржи, а также Пейна. Складывается впечатление, что противоречий нет. Но и уверенности тоже нет. Сказывается отсутствие знаний в теории цепей и практической схемотехнике. Видно надо макетировать и пробовать. Как говорят теоретики — практика критерий истины. 🙂
Ток конечно же переменный.
Изначально я так и хотел, нагрузить вторичку сопротивлением (ТТ требует обязательную нагрузку), но потом наткнулся на статью, где утверждалось, что все современные измерители с ТТ используют преобразователи ток-напряжение, ну и загорелся!
Еще раз спасибо!

Андрей! Доброе время суток! Хочу сказать пару слов по теме — схема с n-p-n фототранзистором (Ik=1…2.ma, Vcc= +/- 12V) вполне работоспособна. Эксперименты по её применению в ИК-датчике показали следующее:
частотный диапазон 0-3,0 кГц ( выше просто не проверял, т.к. не надо)
неравномерность АЧХ в полосе 20 Гц-3,0 кГц — менее 0,5 дБ
коэфф. нелинейных искажений — менее 3% (может и меньше, надо уточнить с генератором тестового сигнала, а я проверял на вибростенде, у которого своих искажений хватает)
амплитуда — 3,0 В и более.
ИМС ОУ проверялись разные — от LM358 до малошумящих
Тема интересная.
Удачи

Здравствуйте! спасибо за столь подробный комментарий!
Рад что у Вас получились интересные результаты. Вообще схемку я позаимствовал У Хоровиц и Хилла. Сам когда-то ее собирал) Правда так глубоко не копал ее характеристики, ибо не требовалось)
Извиняюсь, что так долго отвечал, готовился к защите магистерской диссертации)

Источник

Читайте также:  Последовательное соединение источников тока в батарее