טכניקות מתח לזרם פשוט וזרם למתח - מאת ג'יימס ה 'ריינהולם

ישנם סוגים רבים של מעגלי ממיר מתח-זרם וזרם-מתח, ורובם משתמשים בשילוב של אופמים וטרנזיסטורים כדי להשיג רמת דיוק גבוהה. אך כאשר אין צורך ברמת דיוק גבוהה, ניתן לבצע ממיר פשוט מסוג זה באמצעות נגד אחד או שניים בלבד.

נגד כמתח ממיר זרם

כל נגן R המחובר על פני אספקת חשמל V יכול להיחשב ממיר מתח לזרם, מכיוון שהזרם תלוי במתח על פי חוק אוהם - הנוסחה שלשמה אני = V / R.

אם קצה אחד של הנגד מנותק, ורכיב אחר D מחובר לטרמינל אספקת החשמל ולנגד הניתוק כך ש- R ו- D נמצאים בסדרה על פני ספק הכוח, המעגל עדיין מתנהג כמו ממיר מתח לזרם אם ירידת המתח על פני רכיב D הוא קטן מאוד או קבוע יחסית.

רכיב זה יכול להיות דיודה, LED, או דיודת זנר, או אפילו נגד בעל ערך נמוך. התרשים שלהלן מציג שילובים אפשריים אלה. הנגד R יכול להיחשב גם כנגד מגביל זרם לרכיב D הנוסף.

הזרם שזורם דרך D נקבע על ידי הנוסחה הפשוטה: I = (V - VD) / R, כאשר VD הוא ירידת המתח על פני הרכיב שנוסף.

עבור ערכים קבועים של VD ו- R, הזרם תלוי רק ב- V. עבור דיודות מוטות קדימה, VD הוא כ- 0.3 - 0.35 וולט לגרמניום, ו- 0.6 - 0.7 וולט לדיודות סיליקון, והוא קבוע יחסית בטווח רחב של זרמים. נוריות LED דומות לדיודות, אלא שהן בנויות באמצעות חומרים מיוחדים הפולטים אור.

כיצד נוריות עבודה עם נגדים

יש להם מתח הטיה קדימה שהוא מעט גבוה יותר מדיודות רגילות, ויכול להיות בין כ -1.4 וולט ליותר מ -3 וולט, תלוי בצבע. נוריות נוריות פועלות ביעילות בסביבות 10 מיליאמפר עד 40 מיליאמפר, וכמעט תמיד מחובר נגד מגביל זרם לאחד ממסופי ה- LED בכדי למנוע נזק בגלל זרם גבוה.

ישנם שינויים קלים בטיפות המתח של דיודות ונורות LED עבור רמות זרם שונות, אך בדרך כלל ניתן להזניח את אלה בחישוב. דיודות זנר שונות בכך שהן קשורות בהטיה הפוכה.

זה מגדיר ירידה במתח קבוע VD על פני דיודת הזנר שיכולה להיות בין 2 וולט לסביבות 300 וולט, תלוי בסוג. על מנת שאחד מהמכשירים הללו יעבוד, מתח האספקה ​​צריך להיות גבוה יותר מנפילת המתח VD.

כל ערך של הנגד יעבוד, כל עוד הערך שלו נמוך מספיק בכדי לאפשר זרם מספיק לזרום, ובמקביל להיות מספיק גבוה בכדי למנוע זרם עודף לזרום. בדרך כלל יש רכיב מיתוג מוכנס איפשהו במעגל הסדרה הזה, שמדליק או מכבה נורית וכו '. זה יכול להיות טרנזיסטור, FET או שלב הפלט של אופמפ.

נורית ונגד בפנסים

פנס LED בעצם מורכב מסוללה, מתג, נורית, נגד הגבלת זרם המחוברים כולם בסדרה. לפעמים המעגל המגביל הנוכחי מורכב משני נגדים בסדרה על פני ספק כוח, במקום מכשיר מסוג נגדים ודיודות.

לנגד השני RD יש ערך קטן בהרבה מהנגב המגביל הנוכחי, R, והוא נקרא לעתים קרובות נגד 'שאנט' או 'חוש'.

המעגל עדיין יכול להיחשב כממיר מתח לזרם, מכיוון שהנוסחה שלעיל יכולה להיות מופחתת ל- I = V / R, מכיוון ש- VD זניח בהשוואה ל- V.

הזרם יהיה תלוי כעת רק במתח, מכיוון ש- R קבוע. מעגל מסוג זה ניתן למצוא לעיתים קרובות במעגלי חיישנים שונים, כגון חיישני טמפרטורה ולחץ, כאשר כמות זרם מוגדרת אמורה לזרום במכשיר בעל התנגדות קטנה.

המתח על פני מכשיר זה מוגבר בדרך כלל כדי למדוד כל שינוי כאשר התנגדות החיישן משתנה בתנאים משתנים. מתח זה יכול אפילו להיקרא על ידי מולטימטר אם יש לו רגישות מספקת.

אם הנוסחה I = V / R מתהפכת והופכת לפונקציית מתח V = I R, ניתן לחשוב על מעגל הסדרה הדו-נגדי הפשוט גם כממיר זרם למתח.

לנגד המגביל הנוכחי עדיין יש ערך גבוה בהרבה מנגד החישה, ונגד החישה הזה מספיק קטן כדי שהוא לא ישפיע על פעולת המעגל בצורה משמעותית.

שימוש בנגד חישה זרם

זרם מומר למתח על ידי העובדה שניתן לזהות את המתח הקטן VD על פני נגן החישה באמצעות מולטימטר, או שהוא יכול להיות מוגבר ולהחיל אותו כאות לממיר A / D.

מתח מדוד זה מציין את הזרימה הנוכחית עם נוסחת חוק האום V = I R. לדוגמא, אם 0.001 A זורם דרך 1 אוהם, קריאת המתח היא 0.001 V.

ההמרה פשוטה לנגד 1 אוהם, אך אם ערך זה גבוה מדי, ניתן להשתמש בערך אחר - כמו 0.01 אוהם - ובקלות ניתן למצוא את המתח באמצעות V = I R.

הערך האמיתי של הנגד לחוש אינו חשוב בדיון זה. זה יכול להיות בין 0.1 אוהם ל -10 אוהם, כל עוד הנגד המגביל הנוכחי גבוה בהרבה. ביישומים בעלי זרם גבוה, ערך נגדי החישה צריך להיות נמוך מאוד על מנת למנוע פיזור עודף של כוח.

גם עם ערך סביב 0.001 אוהם, ניתן לחוש מתח סביר בגלל זרימת הזרם הגבוהה. במקרים כאלה נגד ה חוש נקרא בדרך כלל נגד 'שאנט'.

מעגל מסוג זה משמש לעיתים קרובות למדידת הזרם אם כי מנוע DC, למשל. זה עניין פשוט להשתמש במולטימטר למדידת מתח AC או DC בכל נקודה במעגל אלקטרוני, למשל בלוח אם למחשב. סולם מתח מתאים מוגדר על המולטימטר, החללית השחורה מחוברת לנקודת קרקע, והחלונית האדומה מחוברת לנקודת הבדיקה.

לאחר מכן קוראים את המתח ישירות. נקווה שהעכבה של מעגלי קלט החללית גבוהה מספיק כדי שלא תשפיע על פעולת המעגל בשום צורה שהיא. עכבת קלט החללית צריכה להיות בעלת התנגדות סדרתית גבוהה מאוד יחד עם קיבול שאנט נמוך מאוד.

מדידת מתח זרם במעגלים מורכבים

מדידת זרם זרם חילופין או זרם זרם DC בכל נקודה במעגל במקום מתח הופכת להיות קצת יותר מסובכת, וייתכן שיהיה צורך לשנות את המעגל מעט כדי להתאים זאת. יתכן שניתן יהיה לחתוך את החיווט של המעגל בנקודה בה רצוי מדידת הזרימה הנוכחית, ואז להכניס נגד חישה בעל ערך נמוך בשתי נקודות המגע.

שוב, ערך הנגד הזה צריך להיות נמוך מספיק כדי שלא ישפיע על פעולת המעגל. לאחר מכן ניתן לחבר את גששי המולטימטר על ידי נגד חושים זה באמצעות סולם המתח המתאים, ומתח הנגד יוצג.

ניתן להמיר את זה לזרם הזורם דרך נקודת הבדיקה על ידי חלוקה לפי ערך נגדי החישה, כמו בנוסחה I = V / R.

במקרים מסוימים ניתן לשמור את נגד החישה במעגל לצמיתות אם יש צורך למדוד את הזרם בנקודת בדיקה מסוימת לעתים קרובות.

שימוש ב- DMM לבדיקת זרם

זה יהיה הרבה יותר קל למדוד את זרימת הזרם עם המולטימטר ישירות, במקום שיהיה צורך להשתמש בנגד חוש. אז לאחר חיתוך החוט בנקודה למדידה, ניתן להשאיר את נגד החישה ולחבר את כונני המולטימטר ישירות לשתי נקודות המגע.

אינדיקציה לזרימת זרם תוצג על המולטימטר אם מוגדר סולם הזרם המתאם AC או DC. חשוב תמיד להגדיר את המתח הנכון או את קנה המידה הנכון במולטימטר לפני חיבור כל הגששים, או להסתכן בהצבת קריאה של אפס.

כאשר מגדירים סולם זרם על מודד, עכבת הקלט של גששי הכניסה הופכת להיות קטנה מאוד, בדומה לנגד חוש.

ניתן לחשוב על קלט החללית של מולטימטר כנגד החוש או ה'שונט ', ולכן ניתן לכלול את המולטימטר עצמו במקום הנגד RD בתרשים לעיל. אני מקווה שעכבת הקלט של המולטימטר נמוכה מספיק כדי שלא תשפיע על פעולת המעגל בשום צורה שהיא.

טכניקות ההמרה הזרם-מתח והמתח-זרם הפשוטות הנדונות במאמר זה אינן מדויקות כמו אלה המבוססות על טרנזיסטור או מגבר, אך עבור יישומים רבים הם יעבדו בסדר גמור. ניתן גם לבצע סוגים אחרים של המרות פשוטות באמצעות מעגל הסדרה המוצג לעיל.

לדוגמא, ניתן להמיר קלט גל מרובע לצורת גל שן מסור (אינטגרטור) על ידי החלפת רכיב D בקבל.

המגבלה היחידה היא כי זמן קבוע הזמן RC צריך להיות גדול יחסית לתקופת האות של הגל המרובע.