лекции / электронные лекции / 1.4.3.5

Определение, назначение и области применения

преобразователей «напряжение-ток»

Преобразователь «напряжение-ток» (ПНТ) - это электронное устройство, которое производит преобразование входного напряжения в выходной ток.

Передача информации в виде тока применяется, как правило, при значительной разобщенности источника и потребителя информации. При этом существенно снижается влияние электрических помех, наводимых на линию связи и исключается влияние сопротивления линии связи на точность передачи информации. На рис. 1 представлена схема, поясняющая ослабление влияния электрических помех при питании линии связи от источника тока. На рис.1 даны следующие обозначения:

Пер. П. - передающий преобразователь, измерительный преобразователь, установленный в непосредственной близости от объекта измерения;

Пр. П. - приемный преобразователь - вторичный прибор, в котором информация, полученная от передающего преобразователя используется для отображения, документирования или формирования управляющего воздействия;

U_вх - напряжение, выделяемое при входном сопротивлении R_вх приемного преобразователя;

Е_пом - эквивалентное напряжение сетевой помехи, определяемое конфигурацией линии связи и ее местоположением относительно токоведущих сетевых проводников;

E_x - ЭДС первичного преобразователя.

Eпом

Rвх

Л. С.

Ex

Rвых

Uвх

Пер. П.

Пр. П.

Рис. 1. Эквивалентная схема, поясняющая влияние помех

при передаче информации по линии связи

В соответствии с рис. 1 напряжение, обусловленное помехой Е_пом, выделяется на входном сопротивлении Пр. П. в следующем виде (Е_х при этом считается равным нулю):

Если Пер. П. работает с малым выходным сопротивлением - линия связи запитывается от источника ЭДС с R_вых << R_вх, то практически все напряжение помех приложится ко входу Пр. П.:

Если же R_вых >> R_вх, т.е. Пер. П. работает на линии связи как источник тока, то выражение для определения U_вх приобретает вид:

Поскольку знаменатель много больше числителя, то U_вх << E_пом.

Приведенные рассуждения показывают целесообразность запитки линии связи от источника тока.

Существует большое разнообразие подобных устройств [1-7], однако наибольший практический интерес представляют преобразователи, работающие на заземленную нагрузку с возможностью изменения направления тока. Основная область использования подобных устройств - это формирование выходных унифицированных токовых сигналов, согласно ГОСТ 26.011. Как правило, это сигналы в виде тока 0...20 мА; 4...20 мА; -5...+5 мА, и др.

Еще одна область использования токовых сигналов - интерфейсы цифровых и микропроцессорных систем с токовой петлей для последовательной передачи цифровых данных [9]. При этом способе передачи информации линия связи представляет собой пару проводов, которые образуют цепь, содержащую переключаемый источник тока и приемник, как показано на рис. 2.

Л. С.

Пер. П.

Пр. П.

Переключаемый источник тока

I=0..20 мA

I

К логичес-кому

детектору

Рис.2. Эквивалентная схема интерфейса «токовая петля»

Токи этого источника, превышающие одно пороговое значение (допустим, 17 мА), кодируют при передаче информации логическую «1», а токи, меньшие другого порогового значения (допустим, 2 мА) - кодируют логический «0». Интерфейсы такого типа не требуют столь точной стандартизации в плане стабильности выходного тока, как в случае формирования унифицированных токовых сигналов согласно ГОСТ 26.011, поэтому выходное сопротивление преобразователя «напряжение-ток» может быть не единицы - десятки МОм, а на один - два порядка ниже. Это связано с тем, что в данном случае в токовый сигнал фактически преобразуется не произвольное значение входного напряжения в рамках определенного диапазона, а два дискретных логических уровня. Примеры конфигурации таких систем передачи данных, обеспечивающих передачу информации на расстояние до 2000 м при скорости передачи 1 Кбод [9], представлены на рис. 3(а и б).

В дальнейшем речь пойдет о преобразователях входного аналогового напряжения в выходной ток, как о представляющих больший практический интерес и способных использоваться в частном случае и для передачи логических уровней.

Л. С.

Пер. П.

Пр. П.

Логический

сигнал

Логический

сигнал

Инвертор

с открытым

коллектором

R

Rн

I

+5 В

+5 В

Рис. 3а. Схема интерфейса «токовая петля» (источник тока в передатчике)

Л. С.

Логический

сигнал

Буферный

усилитель

Пер. П.

Пр. П.

+Uп

Rн

+5 В

R

Логический

сигнал

I

Рис. 3б. Схема интерфейса «токовая петля» (источник тока в приемнике)