Techniques simples tension-courant et courant-tension - par James H. Reinholm

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Il existe de nombreux types de circuits de conversion tension-courant et courant-tension, et la plupart d'entre eux utilisent une combinaison d'amplificateurs opérationnels et de transistors pour atteindre un haut niveau de précision. Mais lorsqu'une précision élevée n'est pas nécessaire, un simple convertisseur de ce type peut être réalisé en utilisant seulement une ou deux résistances.

Résistance comme convertisseur de tension-courant

Toute résistance R connectée à une alimentation V peut être considérée comme un convertisseur de tension en courant, car le courant dépend de la tension via la loi d'Ohm - la formule pour laquelle est I = V / R.



Si une extrémité de la résistance est déconnectée et qu'un autre composant D est connecté à la borne d'alimentation et à la résistance déconnectées de sorte que R et D soient en série à travers l'alimentation, le circuit se comporte toujours comme un convertisseur de tension en courant si la chute de tension à travers le composant D est très petit ou relativement constant.

Ce composant peut être une diode, une LED ou une diode Zener, voire une résistance de faible valeur. Le schéma ci-dessous montre ces combinaisons possibles. La résistance R peut également être considérée comme une résistance de limitation de courant pour le composant ajouté D.



Le courant qui traverse D est déterminé par la formule simple: I = (V - VD) / R, où VD est la chute de tension à travers le composant ajouté.


Pour les valeurs constantes de VD et R, le courant ne dépend que de V.Pour les diodes polarisées en direct, VD est d'environ 0,3 à 0,35 volts pour le germanium et de 0,6 à 0,7 volts pour les diodes au silicium, et est relativement constant sur une large gamme de courants. Les LED sont similaires aux diodes, sauf qu'elles sont construites avec des matériaux spéciaux qui émettent de la lumière.

Comment les LED fonctionnent avec les résistances

Ils ont une tension de polarisation directe qui est un peu plus élevée que les diodes ordinaires, et peut aller d'environ 1,4 volts à plus de 3 volts, selon la couleur. Les LED fonctionnent efficacement à environ 10 mA à 40 mA, et une résistance de limitation de courant est presque toujours connectée à l'une des bornes LED pour éviter tout dommage dû à un courant élevé.

Il y a de légers changements dans les chutes de tension des diodes et des LED pour différents niveaux de courant, mais ceux-ci peuvent généralement être négligés dans le calcul. Les diodes Zener sont différentes en ce qu'elles sont connectées avec une polarisation inverse.

Cela définit une chute de tension fixe VD à travers la diode Zener qui pourrait être comprise entre 2V et environ 300V, selon le type. Pour que l'un de ces appareils fonctionne, la tension d'alimentation doit être supérieure à la chute de tension VD.

Toute valeur de résistance fonctionnerait, tant que sa valeur est suffisamment basse pour permettre à un courant suffisant de circuler, tout en étant suffisamment élevée pour empêcher l'excès de courant de circuler. Habituellement, il y a un composant de commutation inséré quelque part dans ce circuit série, qui allume ou éteint une LED, etc. Cela peut être un transistor, un FET ou l'étage de sortie d'un amplificateur opérationnel.

LED et résistance dans les lampes de poche

Une lampe de poche à LED se compose essentiellement d'une batterie, d'un interrupteur, d'une LED et d'une résistance de limitation de courant, tous connectés en série. Parfois, le circuit de limitation de courant se compose de deux résistances en série à travers une alimentation, au lieu d'un dispositif de type résistance et diode.

La seconde résistance RD a une valeur beaucoup plus petite que la résistance de limitation de courant, R, et est souvent appelée résistance «shunt» ou «sens».

Le circuit peut toujours être considéré comme un convertisseur de tension en courant, car la formule ci-dessus peut maintenant être réduite à I = V / R, car VD est négligeable par rapport à V.

Le courant ne dépendra plus que de la tension, puisque R est constant. Ce type de circuit se trouve souvent dans divers circuits de capteurs, tels que les capteurs de température et de pression, où une quantité définie de courant doit circuler dans un appareil avec une faible résistance.

La tension aux bornes de cet appareil est généralement amplifiée pour mesurer tout changement lorsque la résistance du capteur change dans des conditions variables. Cette tension peut même être lue par un multimètre si sa sensibilité est suffisante.

Si la formule I = V / R est inversée pour devenir une fonction de tension V = I R, le simple circuit série à deux résistances peut également être considéré comme un convertisseur courant-tension.

La résistance de limitation de courant a toujours une valeur beaucoup plus élevée que la résistance de détection, et cette résistance de détection est suffisamment petite pour qu’elle n’affecte pas le fonctionnement du circuit de manière significative.

Utilisation d'une résistance de détection de courant

Un courant est converti en une tension du fait que la petite tension VD aux bornes de la résistance de détection peut être détectée par un multimètre, ou elle peut être amplifiée et appliquée en tant que signal dans un convertisseur A / N.

Cette tension mesurée indique le flux de courant avec la formule de la loi d'Ohm V = I R. Par exemple, si 0,001 A traverse 1 ohm, la lecture de tension est de 0,001 V.

La conversion est simple pour une résistance de 1 ohm, mais si cette valeur est trop élevée, une autre valeur - comme 0,01 ohms - peut être utilisée, et la tension peut facilement être trouvée en utilisant V = I R.

La valeur réelle de la résistance de détection n'est pas importante dans cette discussion. Elle peut être comprise entre 0,1 ohms et 10 ohms, tant que la résistance de limitation de courant est beaucoup plus élevée. Dans les applications à courant élevé, la valeur de la résistance de détection doit être très faible afin d'éviter une dissipation de puissance excessive.

Même avec une valeur d'environ 0,001 ohms, une tension raisonnable peut être détectée à travers elle en raison du flux de courant élevé. Dans de tels cas, la résistance de détection est normalement appelée résistance «shunt».

Ce type de circuit est souvent utilisé pour mesurer le courant à travers un moteur à courant continu, par exemple. Il est simple d'utiliser un multimètre pour mesurer la tension alternative ou continue à n'importe quel point d'un circuit électronique, comme sur une carte mère PC. Une échelle de tension appropriée est définie sur le multimètre, la sonde noire connectée à un point de masse et la sonde rouge connectée au point de contrôle.

La tension est alors lue directement. Espérons que l’impédance du circuit d’entrée de la sonde est suffisamment élevée pour qu’elle n’affecte en aucune façon le fonctionnement du circuit. L'impédance d'entrée de la sonde doit avoir une résistance série très élevée avec une capacité de shunt très faible.

Mesure de la tension de courant dans des circuits complexes

Mesurer le courant alternatif ou continu à n'importe quel point d'un circuit au lieu de la tension devient un peu plus délicat, et le circuit devra peut-être être légèrement modifié pour s'adapter à cela. Il peut être possible de couper le câblage d'un circuit au point où la mesure du flux de courant est souhaitée, puis d'insérer une résistance de détection avec une valeur faible aux deux points de contact.

Encore une fois, la valeur de cette résistance doit être suffisamment basse pour ne pas affecter le fonctionnement du circuit. Les sondes du multimètre peuvent alors être connectées à travers cette résistance de détection en utilisant l'échelle de tension appropriée, et la tension de la résistance serait affichée.

Cela peut être converti en courant traversant le point de test en divisant par la valeur de la résistance de détection, comme dans la formule I = V / R.

Dans certains cas, la résistance de détection peut être maintenue en permanence dans le circuit si le courant à un point de test particulier doit être mesuré fréquemment.

Utilisation d'un multimètre numérique pour vérifier le courant

Il serait probablement beaucoup plus facile de mesurer directement le flux de courant avec le multimètre, au lieu d'avoir à utiliser une résistance de détection. Ainsi, après avoir coupé le fil au point à mesurer, la résistance de détection peut être laissée de côté et les fils du multimètre raccordés directement aux deux points de contact.

Une indication de débit de courant serait affichée sur le multimètre si l'échelle de courant CA ou CC appropriée est définie. Il est toujours important de régler la bonne échelle de tension ou de courant sur un multimètre avant de brancher des sondes, ou risquer d'afficher une lecture de zéro.

Lorsqu'une échelle de courant est définie sur un multimètre, l'impédance d'entrée des sondes d'entrée devient très petite, semblable à une résistance de détection.

L'entrée de sonde d'un multimètre peut être considérée comme la résistance de détection ou «shunt», de sorte que le multimètre lui-même peut être inclus à la place de la résistance RD dans le schéma ci-dessus. Espérons que l'impédance d'entrée du multimètre est suffisamment faible pour n'affecter en aucune façon le fonctionnement du circuit.

Les techniques simples de conversion courant-tension et tension-courant discutées dans cet article ne sont pas aussi précises que celles basées sur un transistor ou un ampli, mais pour de nombreuses applications, elles fonctionneront très bien. Il est également possible d'effectuer d'autres types de conversions simples en utilisant le circuit série illustré ci-dessus.

Par exemple, une entrée d'onde carrée peut être convertie en une forme d'onde en dent de scie (intégrateur) en remplaçant le composant D par un condensateur.

La seule restriction est que la constante de temps RC doit être grande par rapport à la période du signal carré.




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