Convertitori V/I e I/V

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Convertitori V/I e I/V
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Premessa

• Nellambito delle tecniche di misura e nel
  condizionamento dei segnali provenienti da
  trasduttori spesso si rende il ricorso a segnali
  di corrente. Questo si ha perché in una
  trasmissione a lunga distanza il segnale di
  tensione può essere alterato da c.d.t. lungo il
  cavo di collegamento e a disturbi captati per
  induzione elettromagnetica.

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Collegamento a loop di corrente

• Una soluzione per ridurre lentità del
  disturbo si può ottenere con una struttura detta
  a loop di corrente. In questa il segnale, per
  esempio, di un trasduttore, dopo esser stato
  eventualmente modificato in qualche sua
  caratteristica dal circuito di condizionamenti,
  viene convertito in una corrente proporzionale
  alla tensione originaria da un convertitore
  tensione/ corrente (convertitore V/I). In arrivo
  alla alla linea bifiliare il segnale viene
  riconvertito in tensione per mezzo di un
  convertitore che effettua loperazione inversa
  rispetto al precedente, cioè in convertitore
  corrente/tensione (convertitore I/V).
• Collegamento a loop di corrente

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• In questo modo si possono ottenere i seguenti
  vantaggi
• Gli effetti resistivi (ed eventualmente reattivi)
  di tipo serie della linea di collegamento non
  producono effetti significativi.
• Operando in corrente si opera con cariche
  (resistenza o impedenza di ingresso del
  convertitore I/V in arrivo) abbastanza piccoli e
  quindi i disturbi captabili lungo il percorso dal
  collegamento assumono scarsa rilevanza.
• Il fatto che si effettuo un collegamento fi tipo
  bifilare permette di operare con una struttura di
  tipo differeniale che tende a eliminare la
  componente di modo comune del segnale e di tale
  natura è, in massima parte, il distrurbo.
• Con segnali analogici il loop di corrrente opera
  con valori che variano tra 4 mA e 20 mA
  compreso.
• La tecnica del loop di corrente si può
  sfruttare anche in campo digitale per aumentare
  limmunità dei disturbi. In questi casi si
  assegna il livello basso allassenza di corrente
  (con tolleranza di 2 mA) e il livello alto alla
  corrente di 20 mA.

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Convertitori V/I

• Il modo più semplice per effettuare una
  conversione V/I è applicare la tensione ai capi
  di una resistenza gli inconvenienti di questo
  metodo sono che la conversione dipende dal valore
  dalla resistenza di carico e dalla non idealità
  della sorgente di tensione.
• Un convertitore non deve risentire di questi
  problemi, ma deve essere interpretabile come un
  generatore ideale di corrente comandato in
  tensione.
• Interpretazione idealizzata di un
  convertitore V/I

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Circuiti convertitori V/I

• Esistono convertitori che dati una tensione
  la convertono in corrente e convertitori con
  offset di corrente in uscita.
• Prima esamineremo i circuiti senza offset e
  dopo quella con offset.
• Circuiti senza offset di corrente in uscita

Questi sono due semplici circuiti V/I che non
sono influenzati dal carico e che hanno un carico
RC con nessuno dei suoi terminali posto a
massainoltre sono bidirezionali. Nella figura a
sinistra la corrente I, tenendo presenti il
comportamento di un operazionale ideale, si può
ritenere pari a V/R1 e, come tale, proporzionale
a V ma indipendente da Rc la figura a destra
analogamente al caso precedente, presenta una I
pari a V/R1.
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• I circuiti precedenti vengono poco
  utilizzati poiché il carico non ha nessun punto a
  massa. Nel seguente convertitore V/I il carico è
  collegato a massa.

In questo circuito si ha che
dove
e
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• se si pone

si ha che
se si pone R5 0 ,ovvero si cortocircuita
e ponendo
si ha che
Da queste formule si nota che il valore della
corrente non dipende della resistenza di carico,
ma solamente dal valore della tensione di
ingresso.
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• Circuito I/V con offset di corrente in uscita

Questo convertitore risulta unidirezionale,
ovvero può generare corrente solo con un verso di
percorrenza.
In questo circuito nellipotesi di porre
si ha che
, ovvero
essendo di solito
si può scrivere
Considerando le ipotesi valide negli operazionali
ideali e applicando Millman si ottiene che
Osservando la formula si nota che, la corrente I
varia linearmente con il valore di V applicato in
ingresso ed è possibile definire un offset di
corrente tramite VR. Questo circuito ha il
problema che la corrente non può superare il
valore massimo di
per mantenere il transistor in zona lineare
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Convertitori I/V

• Il modo più semplice effettuare una
  conversione corrente tensione è applicare la
  corrente ad una resistenza. Questo metodo di
  conversione, però, presente degli inconvenienti
  la conversione dipende dal valore dalla
  resistenza di carico collegata in uscita al
  convertitore I/V e dalla non idealità della
  sorgente di corrente.
• Un convertitore non deve risentire di questi
  inconvenienti, anzi, dovrebbe comportarsi come un
  generatore ideali di tensione comandato in
  corrente.
• Interpretazione idealizzata di un
  convertitore I/V

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Circuiti convertitori I/V

• Esistono convertitori I/V senza offset di
  tensione e convertitori I/V con offset di
  tensione.
• Convertitori I/V senza offset di tensione
  (a) e con offset (b)

Il circuito di figura a) permette di realizzare
un convertitore in modo molto semplice
ricordando le proprietà degli operazionali
ideali,la corrente I in ingresso è uguale a
quella in R1 quindi si ha che
Il circuito di figura b) viene utilizzato quando
si richiede un offset di tensione in uscita
ricordando sempre le proprietà degli operazionali
ideali si ottiene
Ricordando il principio di massa virtuale
e
Sostituendo queste due relazioni a
si ottiene che
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Diapositive realizzate da De Gregorio Vincenzo
IV Dev 2 A.S. 2009/2010