電圧から電流への信号変換

計装回路では、DC信号は、温度、圧力、流量、重量、運動などの物理的測定値のアナログ表現としてよく使用されます。最も一般的には、 DC電流 信号は DC電圧よりも優先して使用されます なぜなら、電流信号は、ソース（測定デバイス）から負荷（インジケータ、レコーダ、またはコントローラ）に電流を運ぶ直列回路ループ全体で大きさが正確に等しいのに対し、並列回路の電圧信号は、一端からその他の抵抗性ワイヤ損失によるもの。さらに、電流検出機器は通常低インピーダンスであり（電圧検出機器は高インピーダンスです）、これにより電流検出機器の電気的ノイズ耐性が向上します。

電流を物理量のアナログ表現として使用するには、信号回路内で正確な量の電流を生成する方法が必要です。しかし、ループの抵抗がわからない場合、どのようにして正確な電流信号を生成するのでしょうか。答えは、電流を所定の値に保持するように設計されたアンプを使用し、その値を維持するために必要なだけの電圧を負荷回路に印加することです。このような増幅器は、電流源の機能を実行します 。負帰還のあるオペアンプは、このようなタスクに最適な候補です：

この回路への入力電圧は、物理測定の0％で1ボルト、物理測定の100％で5ボルトを生成するように校正された、ある種の物理トランスデューサ/増幅器の配置から来ると想定されます。標準のアナログ電流信号範囲は4mA〜20 mAで、それぞれ測定範囲の0％〜100％を意味します。 5ボルトの入力では、250Ω（高精度）抵抗に5ボルトが印加され、大きなループ回路（R _負荷を使用）に20mAの電流が流れます。 ）。 R _負荷の抵抗値は関係ありません は、または、オペアンプがR _負荷に20mAを流すのに必要な電圧を出力するのに十分な高さの電源電圧を持っている限り、その大きなループに存在するワイヤ抵抗の量です。 。 250Ωの抵抗は、入力電圧と出力電流の関係を確立します。この場合、1〜5V入力/ 4〜20mA出力に相当します。 1〜5ボルトの入力信号を10〜50 mAの出力信号（業界では古い、廃止された計装規格）に変換する場合は、代わりに100Ωの高精度抵抗を使用します。

この回路の別名は相互コンダクタンスアンプです。 。エレクトロニクスでは、相互コンダクタンスは電流変化を電圧変化で割った数学的比率（ΔI/ΔV）であり、コンダクタンスを表すために使用されるのと同じ単位であるジーメンスの単位で測定されます（抵抗の数学的逆数：電流/電圧） 。この回路では、相互コンダクタンス比は250Ωの抵抗の値によって固定され、線形の電流出力/電圧入力の関係を与えます。

レビュー：

• 業界では、物理量のアナログ表現として、DC電圧信号よりもDC電流信号がよく使用されます。直列回路の電流は、配線抵抗に関係なく、その回路のすべてのポイントで完全に等しくなりますが、並列接続回路の電圧は、配線抵抗のために端から端まで変化する可能性があり、「送信」から「受信」機器。
• 電圧信号はトランスデューサーデバイスから直接生成するのは比較的簡単ですが、正確な電流信号はそうではありません。オペアンプを使用すると、電圧信号を電流信号に非常に簡単に「変換」できます。このモードでは、オペアンプは信号回路を流れる電流を適切な値に維持するために必要な電圧を出力します。

関連ワークシート：

• 電圧/電流コンバータオペアンプ回路ワークシート