Convertitore tensione corrente

Schema del circuito del convertitore da tensione a corrente

Un convertitore da corrente a tensione produce una tensione proporzionale alla corrente data. Questo circuito è necessario se il vostro strumento di misura è in grado di misurare solo le tensioni e avete bisogno di misurare l’uscita in corrente.
Se il vostro strumento o il modulo di acquisizione dati (DAQ) ha un’impedenza d’ingresso che è diversi ordini più grande del resistore di conversione, un semplice circuito di resistenza può essere usato per fare la conversione. Tuttavia, se l’impedenza d’ingresso del vostro strumento è bassa rispetto al resistore di conversione, allora si dovrebbe usare il seguente circuito opamp.
Un esempio di tale applicazione è l’utilizzo del sensore a fotodiodo per misurare l’intensità della luce. L’uscita del sensore a fotodiodo è una corrente che cambia proporzionalmente all’intensità della luce. Un altro vantaggio del circuito opamp è che la tensione attraverso il fotodiodo (fonte di corrente) è mantenuta costante a 0V.
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Convertitore da corrente a tensione usando un op-amp

La tensione e la corrente sono le grandezze elettriche di base. Possono essere convertite l’una nell’altra a seconda delle esigenze. Il convertitore da tensione a corrente e il convertitore da corrente a tensione sono i due circuiti che aiutano in tale conversione. Queste sono anche applicazioni lineari degli op-amp. Questo capitolo li discute in dettaglio.
Un convertitore da tensione a corrente o da V a I, è un circuito elettronico che prende la corrente come ingresso e produce tensione come uscita. Questa sezione tratta del convertitore tensione-corrente basato su op-amp.
Un convertitore da tensione a corrente basato su op-amp produce una corrente in uscita quando una tensione viene applicata al suo terminale non invertente. Lo schema del circuito di un convertitore da tensione a corrente basato su op-amp è mostrato nella figura seguente.
Sappiamo che il rapporto tra l’uscita e l’ingresso di un circuito è chiamato guadagno. Quindi, il guadagno di un convertitore da tensione a corrente è la transconduttanza ed è uguale al reciproco della resistenza $R_{1}$.
Un convertitore da corrente a tensione o da I a V è un circuito elettronico che prende la corrente come ingresso e produce tensione come uscita. Questa sezione tratta del convertitore corrente-tensione basato su op-amp.

Convertitore da i a v

dove l’angolo di fase è in ritardo di 90 gradi alle frequenze più alte, creando così una possibilità di instabilità (considerando che anche l’op-amp non ideale ritarda la fase), quindi aggiungiamo un circuito di compensazione. Come posso aggiungere una rete di compensazione? Che ne dite di attaccare un compensatore di piombo di fase a v(1)? Penso che non sarà utile poiché la tensione di gate diminuirebbe nel funzionamento LF. Ma se è così, come NMOS permetterà la quantità di corrente Iout?
Per lo stesso motivo la Vout dell’op-amp è sconosciuta senza testare e registrare il suo comportamento. Il MOSFET scelto influenzerà direttamente questo valore. L’inseguimento tensione-corrente è molto accurato finché gli ingressi dell’op-amp sono nel suo range di modo comune e la tensione del gate del MOSFET è all’interno del range Min – Max specificato. R1 al source-to-ground ha un limite di gamma. Troppo basso e troppa corrente scorrerà, quindi un problema di calore o di alimentazione. Troppo alto e si potrebbe superare la corrente di taglio del MOSFET.
Poiché c’è un condensatore da 10 nF (tipico ma arbitrario) dall’uscita dell’op-amp al pin (-), un condensatore attraverso R1 potrebbe rendere l’op-amp instabile e oscillare. Se Vin è un segnale AC più un offset DC (per mantenere il loop stabile) allora è possibile una modulazione accurata della corrente, limitata soprattutto a NON tagliare il MOSFET, perché questo uccide il loop di feedback. La modulazione HF è possibile, limitata alla banda passante dell’op-amp, compresa la sua uscita al condensatore (-), che crea un ritardo di reazione (ai cambiamenti di carico o Vin) da 5 a 100 us.

Esempio di convertitore da corrente a tensione

Nel circuito mostrato in figura 1 il fotodiodo (mostrato come una fonte di corrente) è collegato tra la terra e l’ingresso invertente dell’op-amp. Anche l’altro ingresso dell’op-amp è collegato a terra. Questo fornisce un carico a bassa impedenza per il fotodiodo, che mantiene bassa la tensione del fotodiodo. Il fotodiodo funziona in modalità fotovoltaica senza bias esterno. L’alto guadagno dell’op-amp mantiene la corrente del fotodiodo uguale alla corrente di feedback attraverso Rf. La tensione di offset in ingresso dovuta al fotodiodo è molto bassa in questa modalità fotovoltaica auto-bias. Questo permette un grande guadagno senza una grande tensione di offset in uscita. Questa configurazione è usata con fotodiodi che sono illuminati con bassi livelli di luce e richiedono molto guadagno.
Se il guadagno è grande, qualsiasi tensione di offset di ingresso all’ingresso non invertente dell’op-amp risulterà in un offset DC in uscita. Una corrente di polarizzazione di ingresso sul terminale invertente dell’op-amp si tradurrà analogamente in un offset di uscita. Per minimizzare questi effetti, gli amplificatori a transimpedenza sono solitamente progettati con op-amp a transistor ad effetto campo (FET) che hanno tensioni di offset in ingresso molto basse.[3]