Преобразователь напряжение - ток схема

Простым методом измерения тока в электрической цепи является способ измерение падения напряжения на резисторе, соединенным последовательно с нагрузкой. Но при протекании тока через это сопротивление, на нем генерируется ненужная мощность в виде тепла, поэтому его необходимо выбрать минимально возможной величиной, что ощутимо усиливает полезный сигнал. Следует добавить, что рассмотренные ниже схемы позволяют отлично измерять не только постоянный, но и импульсный ток, правда, с некоторым искажением, определяемый полосой пропускания усилительных компонентов.
Преобразователь напряжение ток в отрицательном полюсе нагрузки

Плюсы данной схемы: маленькое входное синфазное напряжение; входной и выходной сигнал обладают общей «землей»; очень простота техническая реализация с одним источником питания.

Минусы: в нагрузке отсутствует прямая связь с «землей»; нет возможности коммутации нагрузки ключом в отрицательном полюсе; существует вероятность поломки измерительной схемы при коротком замыкании.

Схема преобразователя напряжения в ток в отрицательном полюсе нагрузки

Осуществлять измерение тока в отрицательном полюсе нагрузки достаточно просто. Для этой цели подходит много стандартных операционных усилителей, используемых для работы при однополярном питании устройства. Выбор конкретного типа усилителя обуславливается необходимой точностью, на которую сильно влияет смещение нуля ОУ, его температурный дрейф и погрешность установки. В начале шкалы измерений появляется значительная погрешность преобразования, объясняемая ненулевым значением минимального выходного напряжения ОУ. Для исключения этого серьёзного минуса необходимо двухполярное питание усилителя.

Преобразователь напряжение ток в положительном полюсе нагрузки

Плюсы: нагрузка всегда заземлена; сразу видно КЗ в нагрузке. Минусы: Достаточно высокий уровень синфазного входного напряжение (и даже очень высокое); требуется смещение выходного сигнала до уровня, используемого для дальнейшей обработки в системе (простыми словами привязка к «земле»).

Схема преобразователя напряжение ток в положительном полюсе нагрузки

В схеме на рисунке левее можно использовать любой из подходящих по допустимому напряжению ОУ, предназначенный для работы при однополярном питании и максимальным входным синфазным напряжением, достигающим уровня питания, например ОУ на микросборке AD8603. Максимум питания не должен превышать максимально допустимого напряжения питания ОУ.

Но существуют усилители, способные работать при входном синфазном напряжении, значительно превышающем уровень питания схемы. Например при использование ОУ LT1637, изображенном на рисунке правее, напряжение может доходить до порогового уровня в 44 В при напряжении питания всего 3 В. Для измерения тока в положительном полюсе нагрузки с очень низкой погрешностью отлично зарекомендовали себя инструментальные усилители, например LTC2053, LTC6800 и INA337. Существуют и специализированные микросхемы, например — INA138 и INA168.

Усилитель сигнала токового шунта на ОУ

В радиолюбительской практике для несложных и недорогих конструкций, подойдут сдвоенные ОУ типа LM358, допускающие работу с напряжениями до 32В. На рисунке ниже показана одна из типовых схем включения LM358 в роли монитора тока нагрузки.

типовая схема усилитель сигнала токового шунта на ОУ

Приведенные выше схемы очень удобно использовать в самодельных БП для контроля и измерения нагрузочного тока, а также для реализации устройств защиты от КЗ. Датчик тока может обладать очень низким сопротивлением и отпадает необходимость подгонки этого сопротивления, как это в случае амперметре. В схеме, на рисунке левее, можно регулировать сопротивление нагрузочного резистора RL. Для уменьшения провала выходного напряжения БП, номинал сопротивления токового датчика — сопротивление R1 в схеме правее вообще лучше взять применить 0,01 Ом, изменив при этом номиналR2 на 10 Ом или увеличив сопротивление R3 до 10кОм.