Главная » Звуковые технологии » Преобразователь ток-напряжение на ОУ

Преобразователь ток-напряжение на ОУ

В радиотехнике часто возникает необходимость в преобразователях. У многих источников сигнала токовый выход и требуется преобразовывать ток в напряжение для дальнейшего использования. К таким источникам относятся фоторезисторы, фототранзисторы, ЦАПы и другие элементы.

Просто резистор

Преобразователь Ток-Напряжение (сокращенно I-U преобразователь) так же называют усилитель-преобразователь сопротивления. Это логично, т.к. резистор — простейший преобразователь ток-напряжение. При использовании звуковых цифро-аналоговых преобразователях с токовым выходом, с целью минимизации активных компонентов, применяют резистор.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Серьезный недостаток резистора, который используется как преобразовать ток-напряжение, состоит в ненулевом сопротивлении. Это обстоятельство становится серьезной проблемой, когда источник не в состоянии обеспечить необходимый уровень напряжения на резисторе, что приводит к просадкам. Еще больше это сказывается на работе преобразователя, если у источника тока малый выходной рабочий диапазон. К таким источникам относится, например, фотодиод обеспечивающий выходной ток в единицы мкА.

Схема преобразователя ток-напряжение на ОУ

Схема преобразователя ток-напряжение в общем виде представлена на рисунке:

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Ток сигнала iвх втекает в инвертирующий вход. Поскольку входной ток идеального ОУ равен нулю, то весь входящий ток поступает на резистор R цепи обратной связи. Этот ток создает на резисторе падение напряжения iвхR. Падение напряжения по величине равно выходному напряжению операционной схемы:

Uвых = iвхR

Коэффициент усиления схемы в, таком случае, имеет размерность сопротивления, откуда и возникает другое название преобразователя ток напряжение — усилитель-преобразователь сопротивления:

K = Uвых/iвх = R

Примеры схем

На следующем рисунке представлена схема I-U преобразователя для фотодиода.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Направление протекания тока показано стрелкой, и для данного случая величина выходного напряжения составит:

Uвых = — iвх R

Знак минус появляется из-за выбранного направления протекания тока. (Указано на схеме выше)

На этой схеме так же показан дополнительный резистор в 1 МОм, подключенный к неивертирующему входу ОУ. Схема останется работоспособной и без этого резистора, а вход операционного усилителя в таком случае заземляется напрямую. Однако имея резистор в 1 МОм в цепи обратной связи, на каждый 1 мкА входного тока на выходе будет создан 1 Вольт напряжения. При таком коэффициенте усиления (миллион раз) резистор желателен из-за неидеальности операционных усилителей.

Преобразователь ток-напряжение используют и с источниками подключенными к шине питания. Такая схема часто применяется с элементами вроде фототранзисторов. Фототранзистор потребляет (пропускает) ток, под действием внешнего источника света, положительной шины питания.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

Симметричный преобразователь ток-напряжение

Такой преобразователь отличается наличием второго токочувствительного резистора в цепи прохождения сигнального тока, который заземлен. Схема симметричного преобразователя ток-напряжение — подобие дифференциального усилителя.

Преобразователь ток-напряжение на ОУ, cхема преобразователя ток-напряжение

В следствии падения напряжения iвхR на указанном резисторе, потенциал входа ОУ падает ниже потенциала земли, а на выходе устанавливается напряжение:

Uвых = -2 • iвх • R

Симметричный преобразователь ток-напряжение — пример операционной схемы, которой необходим незаземленный (плавающий) источник сигнала. Таким источником может послужить все тот же фотодиод. При этом фотодиод может быть вынесен за пределы платы. Для еще большей минимизации помех желательно использовать экранированный кабель, экран которого должен быть соединен с землей.