Técnicas simples de tensão para corrente e corrente para tensão - Por James H. Reinholm

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Existem muitos tipos de circuitos conversores de tensão para corrente e corrente para tensão, e a maioria deles usa uma combinação de opamps e transistores para atingir um alto nível de precisão. Mas quando a alta precisão não é necessária, um conversor simples desse tipo pode ser feito usando apenas um ou dois resistores.

Resistor como conversor de tensão para corrente

Qualquer resistor R conectado a uma fonte de alimentação V pode ser considerado um conversor de tensão em corrente, uma vez que a corrente depende da tensão via lei de Ohm - a fórmula para a qual é I = V / R.



Se uma extremidade do resistor for desconectada e outro componente D for conectado ao terminal e resistor da fonte de alimentação desconectado de modo que R e D estejam em série na fonte de alimentação, o circuito ainda se comporta como um conversor de tensão em corrente se a tensão cair em todo o componente D é muito pequeno ou relativamente constante.

Este componente pode ser um diodo, LED ou diodo zener, ou mesmo um resistor de baixo valor. O diagrama abaixo mostra essas combinações possíveis. O resistor R também pode ser considerado um resistor limitador de corrente para o componente D adicionado.



A corrente que flui através de D é determinada pela fórmula simples: I = (V - VD) / R, onde VD é a queda de tensão no componente adicionado.


Para valores constantes de VD e R, a corrente depende apenas de V. Para diodos polarizados para frente, VD é cerca de 0,3 - 0,35 volts para germânio e 0,6 - 0,7 volts para diodos de silício, e é relativamente constante em uma ampla faixa de correntes. Os LEDs são semelhantes aos diodos, exceto pelo fato de serem construídos com materiais especiais que emitem luz.

Como LEDs funcionam com resistores

Eles têm uma tensão de polarização direta um pouco mais alta do que os diodos regulares e podem ser de cerca de 1,4 volts a mais de 3 volts, dependendo da cor. Os LEDs operam com eficiência em cerca de 10 mA a 40 mA, e um resistor limitador de corrente quase sempre é conectado a um dos terminais de LED para evitar qualquer dano devido à alta corrente.

Há pequenas mudanças nas quedas de tensão dos diodos e LEDs para diferentes níveis de corrente, mas geralmente podem ser desprezadas no cálculo. Os diodos Zener são diferentes porque estão conectados com polarização reversa.

Isso define uma queda de tensão fixa VD no diodo zener que pode ser de 2 V a cerca de 300 V, dependendo do tipo. Para que qualquer um desses dispositivos funcione, a tensão de alimentação deve ser superior à queda de tensão VD.

Qualquer valor de resistor funcionaria, desde que seu valor seja baixo o suficiente para permitir o fluxo de corrente suficiente e, ao mesmo tempo, ser alto o suficiente para evitar que o excesso de corrente flua. Normalmente há um componente de comutação inserido em algum lugar neste circuito em série, que liga ou desliga um LED, etc. Pode ser um transistor, FET ou o estágio de saída de um amp op.

LED e resistor em lanternas

Uma lanterna LED consiste basicamente em uma bateria, interruptor, LED e resistor limitador de corrente, todos conectados em série. Às vezes, o circuito limitador de corrente consiste em dois resistores em série em uma fonte de alimentação, em vez de um dispositivo do tipo resistor e diodo.

O segundo resistor RD tem um valor muito menor do que o resistor limitador de corrente, R, e é freqüentemente chamado de 'shunt' ou resistor de “detecção”.

O circuito ainda pode ser pensado como um conversor de tensão em corrente, pois a fórmula acima agora pode ser reduzida para I = V / R, uma vez que VD é insignificante em comparação com V.

A corrente agora dependerá apenas da tensão, já que R é constante. Este tipo de circuito pode frequentemente ser encontrado em vários circuitos de sensores, como sensores de temperatura e pressão, onde uma quantidade definida de corrente deve fluir em um dispositivo com uma pequena resistência.

A voltagem neste dispositivo é geralmente amplificada para medir qualquer mudança conforme a resistência do sensor muda sob condições variadas. Essa tensão pode até ser lida por um multímetro se tiver sensibilidade suficiente.

Se a fórmula I = V / R for invertida para se tornar uma função de tensão V = I R, o circuito em série de dois resistores simples também pode ser considerado um conversor de corrente para tensão.

O resistor limitador de corrente ainda tem um valor muito maior do que o resistor de detecção, e este resistor de detecção é pequeno o suficiente para não afetar a operação do circuito de nenhuma maneira significativa.

Usando um resistor de detecção de corrente

Uma corrente é convertida em voltagem pelo fato de que a pequena voltagem VD através do resistor de detecção pode ser detectada por um multímetro ou pode ser amplificada e aplicada como um sinal em um conversor A / D.

Esta tensão medida indica o fluxo de corrente com a fórmula da lei de Ohm V = I R. Por exemplo, se 0,001 A flui através de 1 ohm, a leitura da tensão é 0,001 V.

A conversão é simples para um resistor de 1 ohm, mas se este valor for muito alto, outro valor - como 0,01 ohms - pode ser usado, e a tensão pode ser facilmente encontrada usando V = I R.

O valor real do resistor de detecção não é importante nesta discussão. Pode ser de 0,1 ohms a 10 ohms, desde que o resistor limitador de corrente seja muito mais alto. Em aplicações de alta corrente, o valor do resistor de detecção deve ser muito baixo para evitar o excesso de dissipação de energia.

Mesmo com um valor em torno de 0,001 ohms, uma tensão razoável pode ser detectada por causa do alto fluxo de corrente. Em casos como esse, o resistor de detecção é normalmente chamado de resistor “shunt”.

Este tipo de circuito é freqüentemente usado para medir a corrente através de um motor DC, por exemplo. É simples usar um multímetro para medir a tensão CA ou CC em qualquer ponto de um circuito eletrônico, como na placa-mãe de um PC. Uma escala de tensão apropriada é definida no multímetro, a ponta de prova preta conectada a um ponto de aterramento e a ponta de prova vermelha conectada ao ponto de verificação.

A tensão é então lida diretamente. Esperançosamente, a impedância do circuito de entrada da sonda é alta o suficiente para não afetar a operação do circuito de forma alguma. A impedância de entrada da ponta de prova deve ter uma resistência em série muito alta junto com uma capacitância shunt muito baixa.

Medindo a tensão atual em circuitos complexos

Medir a corrente CA ou CC em qualquer ponto de um circuito em vez da tensão torna-se um pouco mais complicado, e o circuito pode ter que ser modificado um pouco para acomodar isso. Pode ser possível cortar a fiação de um circuito no ponto onde a medição do fluxo de corrente é desejada e, em seguida, inserir um resistor de detecção com um valor baixo nos dois pontos de contato.

Novamente, o valor deste resistor deve ser baixo o suficiente para não afetar a operação do circuito. As pontas de prova do multímetro podem então ser conectadas a este resistor de detecção usando a escala de tensão apropriada, e a tensão do resistor seria exibida.

Isso pode ser convertido para a corrente fluindo através do ponto de teste dividindo pelo valor do resistor de detecção, como na fórmula I = V / R.

Em alguns casos, o resistor de detecção pode ser mantido no circuito permanentemente se a corrente em um determinado ponto de teste precisar ser medida com frequência.

Usando um DMM para verificar a corrente

Provavelmente seria muito mais fácil medir o fluxo de corrente diretamente com o multímetro, em vez de usar um resistor de detecção. Portanto, depois de cortar o fio no ponto a ser medido, o resistor de detecção pode ser deixado de fora e os fios do multímetro conectados diretamente aos dois pontos de contato.

Uma indicação de fluxo de corrente seria exibida no multímetro se a escala de corrente CA ou CC apropriada fosse definida. É sempre importante definir a escala correta de tensão ou corrente em um multímetro antes de conectar qualquer ponta de prova, ou arriscar publicar uma leitura zero.

Quando uma escala de corrente é definida em um multímetro, a impedância de entrada das pontas de prova de entrada torna-se muito pequena, semelhante a um resistor de detecção.

A entrada da ponta de prova de um multímetro pode ser considerada como o resistor de detecção ou 'shunt', de modo que o próprio multímetro pode ser incluído no lugar do resistor RD no diagrama acima. Felizmente, a impedância de entrada do multímetro é baixa o suficiente para não afetar a operação do circuito de forma alguma.

As técnicas simples de conversão de corrente para voltagem e voltagem para corrente discutidas neste artigo não são tão precisas quanto aquelas baseadas em um transistor ou amplificador, mas para muitas aplicações elas funcionarão bem. Também é possível fazer outros tipos de conversões simples usando o circuito em série mostrado acima.

Por exemplo, uma entrada de onda quadrada pode ser convertida em uma forma de onda dente de serra (integrador) substituindo o componente D por um capacitor.

A única restrição é que a constante de tempo RC deve ser grande em relação ao período do sinal de onda quadrada.




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