電圧-電流信号変換:実用的なトランスコンダクタンス増幅器設計
現代の計装において、直流信号は温度、圧力、流量、重量、運動などの物理変数のアナログ代理として機能します。業界で好まれる形式は直流電流信号、典型的には4mA〜20mAです。これは電流が直列ループ全体で均一であり、配線抵抗の影響を受けないためです。対照的に、電圧信号は並列回路では経路に沿ってドリフトし、測定誤差を招きます。
電圧駆動トランスデューサから精密な電流を生成するため、トランスコンダクタンス増幅器を用います。これは負帰還で構成されたOp-Ampで、理想的な電流源として振る舞います。Op-Ampは負荷抵抗に関わらず、ループ電流を一定値に保つために必要な電圧を供給します。

入力は1V(0%測定)から5V(100%測定)の校正済み電圧です。回路は精密250Ω抵抗を用いて、この電圧を標準的な4mA〜20mA電流範囲に変換します:5Vでは20mAがループを流れ、1Vでは4mAが流れます。負荷抵抗は任意の値でもよく、Op-Ampは必要な電流を駆動するために出力電圧を調整します(電源電圧が十分であれば)。古い10mA〜50mA標準が必要な場合は、250Ωを100Ωに置き換えます。
エレクトロニクスにおいて、トランスコンダクタンスはΔI/ΔVの比で、単位はジーメンスです。この設計では、250Ω抵抗がトランスコンダクタンスを固定し、リニアな電流出力/電圧入力関係を保証します。
重要なポイント
- 電流信号は配線抵抗の影響を受けず、一貫した正確な伝送が可能なため、産業計装で主流です。
- 電圧信号はセンサから直接生成しやすいですが、電流に変換するには安定したトランスコンダクタンス増幅器が必要です。
- 電流源として構成されたOp-Ampは、所望のループ電流を維持するために必要な正確な電圧を供給します。
関連ワークシート
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