Técnicas simples de tensão para corrente e corrente para tensão – por James H. Reinholm

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 obter um alto nível de precisão. Mas quando a alta precisão não é necessária, um simples conversor desse tipo pode ser feito usando apenas um ou dois resistores.

Resistência como conversor de tensão em corrente

Qualquer resistência R conectada através de uma fonte de alimentação V pode ser considerada um conversor de tensão para corrente, pois a corrente depende da tensão da lei de Ohm, cuja fórmula é I = V / R.

Se uma extremidade do resistor é desconectada e outro componente D é conectado ao terminal e o resistor da fonte de alimentação é desconectado, de modo que R e D estejam em série na fonte, o circuito ainda se comporta como um conversor da tensão para a corrente se a queda de tensão no componente D for muito pequena ou relativamente constante.

Esse componente pode ser um diodo, LED ou zener ou até um resistor de baixo valor. O diagrama a seguir mostra essas combinações possíveis. A resistência R também pode ser considerada uma resistência limitadora de corrente para o componente agregado D.

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


Para valores constantes de VD e R, a corrente depende apenas de V. Para diodos com polarização direta, VD é de aproximadamente 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 que são construídos com materiais especiais que emitem luz.

Como funcionam os LEDs com resistores

Eles têm uma voltagem de polarização direta um pouco mais alta que os diodos normais e podem variar de 1,4 volts a mais de 3 volts, dependendo da cor. Os LEDs operam eficientemente em aproximadamente 10 mA a 40 mA, e um resistor limitador de corrente é quase sempre conectado a um dos terminais de LED para evitar danos devido à alta corrente.

Existem pequenas alterações nas quedas de tensão do diodo e do LED para diferentes níveis de corrente, mas elas geralmente podem ser negligenciadas no cálculo. Os diodos Zener são diferentes porque estão conectados com polarização reversa.

Isso estabelece uma queda de tensão fixa VD através do diodo zener que pode variar de 2V a cerca de 300V, dependendo do tipo. Para que qualquer um desses dispositivos funcione, a tensão de alimentação deve ser maior que a queda de tensão do VD.

Qualquer valor de resistência funcionaria desde que seu valor seja baixo o suficiente para permitir que corrente suficiente flua, enquanto ainda é alto o suficiente para impedir que o excesso de corrente flua. Geralmente, há um componente de comutação inserido em algum lugar deste circuito em série, que liga ou desliga um LED, etc. Pode ser um transistor, FET ou o estágio de saída de um opamp.

Resistência a LED e lanterna

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

O segundo resistor RD tem um valor muito mais baixo que o resistor limitador de corrente R e é frequentemente chamado de resistor “shunt” ou “sensor”.

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

A corrente agora depende apenas da tensão, pois R é constante. Esse tipo de circuito geralmente pode ser encontrado em vários circuitos de sensores, como sensores de temperatura e pressão, em que uma quantidade definida de corrente deve fluir para um dispositivo com uma pequena resistência.

A voltagem neste dispositivo é geralmente amplificada para medir quaisquer alterações à medida que a resistência do sensor muda sob condições variadas. Essa voltagem pode até ser lida por um multímetro se tiver sensibilidade suficiente.

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

A resistência limitadora de corrente ainda tem um valor muito maior do que a resistência de detecção, e essa resistência de detecção é pequena o suficiente para não afetar a operação do circuito de maneira significativa.

Usando um resistor de detecção de corrente

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

Essa 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 de tensão é 0,001 V.

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

O valor real da resistência de detecção não é importante nesta discussão. Pode ser de 0,1 a 10 ohms, desde que a resistência limite atual seja muito maior. Em aplicações de alta corrente, o valor da resistência de detecção deve ser muito baixo para evitar dissipação excessiva de energia.

Mesmo com um valor em torno de 0,001 ohms, uma tensão razoável pode ser detectada através dele devido ao alto fluxo de corrente. Em casos como esse, a resistência de detecção é geralmente chamada de resistência “shunt”.

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

A voltagem é lida diretamente. Esperamos que a impedância do circuito de entrada da sonda seja alta o suficiente para não afetar a operação do circuito de forma alguma. A impedância de entrada da sonda deve ter uma resistência em série muito alta, juntamente com uma capacitância de derivação muito baixa.

Medição de tensão de corrente em circuitos complexos


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

Novamente, o valor dessa resistência deve ser baixo o suficiente para não afetar a operação do circuito. As sondas do multímetro podem ser conectadas através desse resistor sensor usando a escala de tensão apropriada, e a tensão de resistência será exibida.

Isso pode ser convertido na corrente que flui através do ponto de teste, dividindo pelo valor da resistência de detecção, como na fórmula I = V / R.

Em alguns casos, a resistência de detecção pode ser mantida permanentemente no circuito se a corrente em um determinado ponto de teste precisar ser medida com freqüência.

Usando um DMM para verificar a atual

Provavelmente seria muito mais fácil medir o fluxo de corrente diretamente com o multímetro, em vez de precisar usar um resistor sensor. Depois de cortar o cabo no ponto a ser medido, a resistência de detecção pode ser deixada de fora e os cabos do multímetro se conectam diretamente aos dois pontos de contato.

Uma indicação de fluxo de corrente será exibida no multímetro se a escala de corrente CA ou CC adequada estiver definida. É sempre importante definir a escala correta de tensão ou corrente em um multímetro antes de conectar qualquer sonda ou correr o risco de publicar uma leitura zero.

Ao definir uma escala de corrente em um multímetro, a impedância de entrada das sondas de entrada se torna muito pequena, semelhante a um resistor de detecção.

A entrada da sonda de um multímetro pode ser considerada como a resistência de detecção ou “shunt”; portanto, o multímetro pode ser incluído no lugar da resistência RD no diagrama anterior. 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 em voltagem e voltagem em corrente discutidas neste artigo não são tão precisas quanto as baseadas em um transistor ou amplificador, mas funcionarão bem para muitas aplicações. Também é possível fazer outros tipos de conversões simples usando o circuito serial 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.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

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