Basit Gerilimden Akıma ve Akımdan Gerilime Teknikleri - James H. Reinholm

Voltajdan akıma ve akımdan voltaja dönüştürücü devrelerin birçok türü vardır ve bunların çoğu, yüksek düzeyde bir doğruluk elde etmek için bir opamp ve transistör kombinasyonu kullanır. Ancak yüksek doğruluk gerekmediğinde, bu türden basit bir dönüştürücü yalnızca bir veya iki direnç kullanılarak yapılabilir.

Akım Dönüştürücüye Gerilim Olarak Direnç

Bir güç kaynağı V'ye bağlanan herhangi bir direnç R, akım dönüştürücüye voltaj olarak düşünülebilir, çünkü akım Ohm yasası yoluyla gerilime bağlıdır - formül I = V / R'dir.

Direncin bir ucunun bağlantısı kesilirse ve başka bir bileşen D, bağlantısı kesilen güç kaynağı terminaline ve dirence bağlanırsa, böylece R ve D güç kaynağı boyunca seri olur, gerilim düşmesi durumunda devre yine de akım dönüştürücüye voltaj gibi davranır. D bileşeni boyunca çok küçük veya nispeten sabittir.

Bu bileşen bir diyot, LED veya zener diyot veya hatta düşük değerli bir direnç olabilir. Aşağıdaki şema bu olası kombinasyonları göstermektedir. Direnç R, eklenen bileşen D için bir akım sınırlayıcı direnç olarak da düşünülebilir.

D'den akan akım, basit formülle belirlenir: I = (V - VD) / R, burada VD, eklenen bileşen boyunca voltaj düşüşüdür.

Sabit VD ve R değerleri için akım yalnızca V'ye bağlıdır. İleri taraflı diyotlar için, VD, germanyum için yaklaşık 0,3 - 0,35 volt ve silikon diyotlar için 0,6 - 0,7 volttur ve geniş bir akım aralığında nispeten sabittir. LED'ler, ışık yayan özel malzemeler kullanılarak yapılmış olmaları dışında diyotlara benzer.

LED'ler Dirençlerle Nasıl Çalışır?

Normal diyotlardan biraz daha yüksek bir ön gerilim voltajına sahiptirler ve renge bağlı olarak yaklaşık 1,4 volt ile 3 volt arasında herhangi bir yerde olabilirler. LED'ler yaklaşık 10 mA ila 40 mA arasında verimli bir şekilde çalışır ve yüksek akım nedeniyle herhangi bir hasarı önlemek için neredeyse her zaman LED terminallerinden birine bir akım sınırlama direnci bağlanır.

Farklı akım seviyeleri için diyotların ve LED'lerin voltaj düşüşlerinde küçük değişiklikler vardır, ancak bunlar genellikle hesaplamada ihmal edilebilir. Zener diyotları, ters önyargı ile bağlı olmaları bakımından farklıdır.

Bu, tipe bağlı olarak 2V ile yaklaşık 300V arasında herhangi bir yerde olabilen zener diyot boyunca sabit bir voltaj düşüşü VD ayarlar. Bu cihazlardan herhangi birinin çalışması için, besleme voltajının voltaj düşüşü VD'den yüksek olması gerekir.

Herhangi bir direnç değeri, değeri yeterli akımın akmasına izin verecek kadar düşük olduğu ve aynı zamanda fazla akımın akmasını engelleyecek kadar yüksek olduğu sürece çalışacaktır. Genellikle bu seri devrede bir LED'i açıp kapatan bir anahtarlama bileşeni bulunur. Bu bir transistör, FET veya bir opampın çıkış aşaması olabilir.

El Fenerlerinde LED ve Direnç

Bir LED el feneri temelde tümü seri olarak bağlanmış bir pil, anahtar, LED ve akım sınırlama direncinden oluşur. Bazen akım sınırlama devresi, bir direnç ve diyot tipi cihaz yerine bir güç kaynağı boyunca seri olarak iki dirençten oluşur.

İkinci direnç RD, akım sınırlayıcı direnç R'den çok daha küçük bir değere sahiptir ve genellikle 'şönt' veya 'algılama' direnci olarak adlandırılır.

Yukarıdaki formül artık I = V / R'ye indirilebileceğinden, devre hala akım dönüştürücüye voltaj olarak düşünülebilir, çünkü VD, V'ye kıyasla önemsizdir.

R sabit olduğu için akım artık sadece voltaja bağlı olacaktır. Bu tür bir devre genellikle, sıcaklık ve basınç sensörleri gibi çeşitli sensör devrelerinde bulunur; burada, belirli bir miktarda akımın küçük bir dirençle bir cihazda akması gerekir.

Bu cihazdaki voltaj, değişen koşullar altında sensör direnci değiştikçe herhangi bir değişikliği ölçmek için genellikle yükseltilir. Bu voltaj, yeterli hassasiyete sahipse bir multimetre tarafından bile okunabilir.

Formül I = V / R, bir voltaj fonksiyonu V = I R haline gelmek için çevrilirse, basit iki dirençli seri devre de bir akım-voltaj dönüştürücü olarak düşünülebilir.

Akım sınırlayıcı direnç hala algılama direncinden çok daha yüksek bir değere sahiptir ve bu algılama direnci, devrenin çalışmasını anlamlı bir şekilde etkilemeyecek kadar küçüktür.

Akım Algılama Direncinin Kullanılması

Akım, algılama direnci üzerindeki küçük voltaj VD'nin bir multimetre tarafından algılanabilmesi veya amplifiye edilerek A / D dönüştürücüye bir sinyal olarak uygulanabilmesi sayesinde bir voltaja dönüştürülür.

Ölçülen bu voltaj, Ohm kanunu formülü V = I R ile akım akışını gösterir.Örneğin, 0,001 A 1 ohm üzerinden akarsa, voltaj değeri 0,001 V'dir.

1 ohm direnç için dönüştürme basittir, ancak bu değer çok yüksekse, 0,01 ohm gibi başka bir değer kullanılabilir ve voltaj V = I R kullanılarak kolayca bulunabilir.

Bu tartışmada duyu direncinin gerçek değeri önemli değildir. Akım sınırlama direnci çok daha yüksek olduğu sürece 0,1 ohm ila 10 ohm arasında herhangi bir yerde olabilir. Yüksek akım uygulamalarında aşırı güç kaybını önlemek için duyu direncinin değeri çok düşük olmalıdır.

0.001 ohm civarında bir değerde bile, yüksek akım akışı nedeniyle makul bir voltaj algılanabilir. Bu gibi durumlarda duyu direnci normalde 'şönt' direnç olarak adlandırılır.

Bu tür bir devre, örneğin bir DC motor aracılığıyla akımı ölçmek için sıklıkla kullanılır. PC anakartı gibi bir elektronik devrenin herhangi bir noktasında AC veya DC voltajını ölçmek için bir multimetre kullanmak basit bir konudur. Multimetre üzerinde uygun bir voltaj ölçeği ayarlanır, bir toprak noktasına bağlı siyah prob ve kontrol noktasına bağlanan kırmızı prob.

Ardından voltaj doğrudan okunur. Umarız prob giriş devresinin empedansı, devrenin çalışmasını hiçbir şekilde etkilemeyecek kadar yüksektir. Prob giriş empedansı, çok düşük bir şönt kapasitansı ile birlikte çok yüksek bir seri dirence sahip olmalıdır.

Karmaşık Devrelerde Akım Geriliminin Ölçülmesi

Bir devrenin herhangi bir noktasında voltaj yerine AC veya DC akımını ölçmek biraz daha zor hale gelir ve bunu karşılamak için devrenin biraz değiştirilmesi gerekebilir. Akım akışının ölçülmesinin istendiği noktada bir devrenin kablolamasını kesmek ve ardından iki temas noktasına düşük bir değere sahip bir algılama direnci eklemek mümkün olabilir.

Yine, bu direncin değeri, devrenin çalışmasını etkilemeyecek kadar düşük olmalıdır. Multimetre probları daha sonra uygun voltaj ölçeği kullanılarak bu algılama direncine bağlanabilir ve direnç voltajı görüntülenir.

Bu, I = V / R formülünde olduğu gibi, duyu direnci değerine bölünerek test noktasından geçen akıma dönüştürülebilir.

Bazı durumlarda, belirli bir test noktasındaki akımın sık sık ölçülmesi gerekiyorsa algılama direnci devrede kalıcı olarak tutulabilir.

Akımı Kontrol Etmek İçin DMM Kullanma

Bir algılama direnci kullanmak yerine akım akışını doğrudan multimetre ile ölçmek muhtemelen çok daha kolay olacaktır. Böylece ölçülecek noktada tel kesildikten sonra, algılama direnci dışarıda bırakılabilir ve multimetrenin uçları doğrudan iki temas noktasına bağlanabilir.

Uygun AC veya DC akım ölçeği ayarlanmışsa, multimetre üzerinde bir akım akış göstergesi görüntülenecektir. Herhangi bir probu bağlamadan veya sıfır okuma riski göndermeden önce bir multimetre üzerinde doğru voltaj veya akım ölçeğini ayarlamak her zaman önemlidir.

Bir multimetre üzerine bir akım ölçeği ayarlandığında, giriş problarının giriş empedansı, bir algılama direncine benzer şekilde çok küçük hale gelir.

Bir multimetrenin prob girişi, duyu veya 'şönt' direnci olarak düşünülebilir, böylece multimetrenin kendisi yukarıdaki şemada RD direncinin yerine dahil edilebilir. Umarım, multimetrenin giriş empedansı, devre çalışmasını hiçbir şekilde etkilemeyecek kadar düşüktür.

Bu makalede tartışılan basit akımdan voltaja ve voltajdan akıma dönüştürme teknikleri, bir transistör veya amfiye dayalı olanlar kadar kesin değildir, ancak birçok uygulama için gayet iyi çalışacaktır. Yukarıda gösterilen seri devreyi kullanarak diğer basit dönüşüm türlerini yapmak da mümkündür.

Örneğin, bir kare dalga girişi, D bileşenini bir kapasitör ile değiştirerek testere dişi dalga biçimine (entegratör) dönüştürülebilir.

Tek kısıtlama, zaman sabiti RC'nin kare dalga sinyalinin periyoduna göre büyük olması gerektiğidir.