วงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นกระแสและกระแสต่อแรงดันมีหลายประเภทและส่วนใหญ่จะใช้โอแอมป์และทรานซิสเตอร์ร่วมกันเพื่อให้ได้ความแม่นยำในระดับสูง แต่เมื่อไม่จำเป็นต้องมีความแม่นยำสูงตัวแปลงประเภทนี้อย่างง่ายสามารถทำได้โดยใช้ตัวต้านทานเพียงตัวหรือสองตัว
ตัวต้านทานเป็นตัวแปลงแรงดันเป็นปัจจุบัน
ตัวต้านทาน R ใด ๆ ที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ V ถือได้ว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวแปลงกระแสเนื่องจากกระแสขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าผ่านกฎของโอห์มซึ่งเป็นสูตรที่ I = V / R
หากปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทานถูกตัดการเชื่อมต่อและส่วนประกอบ D อีกชิ้นหนึ่งเชื่อมต่อกับขั้วจ่ายไฟและตัวต้านทานที่ไม่ได้เชื่อมต่อเพื่อให้ R และ D อยู่ในอนุกรมข้ามแหล่งจ่ายไฟวงจรจะยังคงทำงานเหมือนแรงดันเป็นตัวแปลงกระแสหากแรงดันตก ในส่วนประกอบ D มีขนาดเล็กมากหรือค่อนข้างคงที่
ส่วนประกอบนี้อาจเป็นไดโอด LED หรือซีเนอร์ไดโอดหรือแม้แต่ตัวต้านทานที่มีค่าต่ำ แผนภาพด้านล่างแสดงชุดค่าผสมที่เป็นไปได้เหล่านี้ ตัวต้านทาน R สามารถคิดได้ว่าเป็นตัวต้านทาน จำกัด กระแสสำหรับส่วนประกอบที่เพิ่มเข้ามา D
กระแสที่ไหลผ่าน D ถูกกำหนดโดยสูตรง่ายๆ: I = (V - VD) / R โดยที่ VD คือแรงดันตกคร่อมส่วนประกอบที่เพิ่มเข้ามา
สำหรับค่าคงที่ของ VD และ R กระแสจะขึ้นอยู่กับ V เท่านั้นสำหรับไดโอดแบบเอนเอียงไปข้างหน้า VD จะอยู่ที่ประมาณ 0.3 - 0.35 โวลต์สำหรับเจอร์เมเนียมและ 0.6 - 0.7 โวลต์สำหรับไดโอดซิลิกอนและค่อนข้างคงที่ในช่วงกว้างของกระแส LED คล้ายกับไดโอดยกเว้นว่าสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุพิเศษที่เปล่งแสง
LED ทำงานกับตัวต้านทานอย่างไร
พวกมันมีแรงดันไบแอสไปข้างหน้าซึ่งสูงกว่าไดโอดปกติเล็กน้อยและอาจอยู่ที่ใดก็ได้ตั้งแต่ประมาณ 1.4 โวลต์ไปจนถึงมากกว่า 3 โวลต์ขึ้นอยู่กับสี LED ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ประมาณ 10 mA ถึง 40 mA และตัวต้านทาน จำกัด กระแสมักจะเชื่อมต่อกับขั้วใดขั้วหนึ่งของ LED เพื่อป้องกันความเสียหายใด ๆ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าสูง
มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในแรงดันไฟฟ้าของไดโอดและ LED สำหรับระดับกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกัน แต่โดยปกติแล้วจะละเลยในการคำนวณ ไดโอดซีเนอร์แตกต่างกันตรงที่เชื่อมต่อด้วยอคติย้อนกลับ
สิ่งนี้ตั้งค่า VD แรงดันคงที่ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดซึ่งอาจอยู่ที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 2V ถึงประมาณ 300V ขึ้นอยู่กับประเภท เพื่อให้อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานได้แรงดันไฟฟ้าจะต้องสูงกว่า VD แรงดันตก
ค่าใด ๆ ของตัวต้านทานจะใช้งานได้ตราบใดที่ค่าของมันต่ำพอที่จะให้กระแสไหลเพียงพอในขณะเดียวกันก็สูงพอที่จะป้องกันไม่ให้กระแสส่วนเกินไหล โดยปกติจะมีส่วนประกอบสวิตชิ่งแทรกอยู่ที่ไหนสักแห่งในวงจรซีรีส์นี้ซึ่งจะเปิดหรือปิด LED เป็นต้นซึ่งอาจเป็นทรานซิสเตอร์ FET หรือขั้นตอนเอาต์พุตของ opamp
LED และตัวต้านทานในไฟฉาย
ไฟฉาย LED โดยทั่วไปประกอบด้วยแบตเตอรี่สวิตช์ LED และตัวต้านทาน จำกัด กระแสทั้งหมดที่เชื่อมต่อเป็นชุด บางครั้งวงจร จำกัด กระแสจะประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัวในอนุกรมข้ามแหล่งจ่ายไฟแทนที่จะเป็นอุปกรณ์ประเภทตัวต้านทานและไดโอด
ตัวต้านทานที่สอง RD มีค่าน้อยกว่าตัวต้านทาน จำกัด กระแส R มากและมักเรียกว่าตัวต้านทาน 'shunt' หรือ 'sense'
วงจรยังคงสามารถคิดได้ว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวแปลงกระแสเนื่องจากสูตรข้างต้นสามารถลดลงเป็น I = V / R ได้เนื่องจาก VD มีค่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ V
ตอนนี้กระแสจะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าเท่านั้นเนื่องจาก R เป็นค่าคงที่ วงจรประเภทนี้มักพบได้ในวงจรเซ็นเซอร์ต่างๆเช่นเซ็นเซอร์อุณหภูมิและความดันซึ่งปริมาณกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้คือการไหลในอุปกรณ์ที่มีความต้านทานน้อย
โดยปกติแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์นี้จะถูกขยายเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงใด ๆ เนื่องจากความต้านทานของเซ็นเซอร์เปลี่ยนแปลงภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน แรงดันไฟฟ้านี้สามารถอ่านได้ด้วยมัลติมิเตอร์หากมีความไวเพียงพอ
ถ้าสูตร I = V / R ถูกพลิกไปรอบ ๆ เพื่อให้เป็นฟังก์ชันแรงดัน V = I R วงจรอนุกรมตัวต้านทานสองตัวที่เรียบง่ายสามารถคิดว่าเป็นตัวแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้าได้เช่นกัน
ตัวต้านทาน จำกัด กระแสยังคงมีค่าที่สูงกว่าตัวต้านทานความรู้สึกมากและตัวต้านทานความรู้สึกนี้มีขนาดเล็กพอที่จะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของวงจรในทางที่มีความหมายใด ๆ
การใช้ตัวต้านทานการตรวจจับกระแส
กระแสจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าโดยข้อเท็จจริงที่ว่า VD แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กทั่วตัวต้านทานความรู้สึกสามารถตรวจพบได้ด้วยมัลติมิเตอร์หรือสามารถขยายและใช้เป็นสัญญาณในตัวแปลง A / D
แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้นี้บ่งชี้การไหลของกระแสด้วยสูตรกฎของโอห์ม V = I R ตัวอย่างเช่นถ้า 0.001 A ไหลผ่าน 1 โอห์มค่าที่อ่านได้คือ 0.001 V
การแปลงเป็นเรื่องง่ายสำหรับตัวต้านทาน 1 โอห์ม แต่ถ้าค่านี้สูงเกินไปสามารถใช้ค่าอื่นเช่น 0.01 โอห์มได้และสามารถหาแรงดันไฟฟ้าได้อย่างง่ายดายโดยใช้ V = I R
ค่าที่แท้จริงของตัวต้านทานความรู้สึกไม่สำคัญในการสนทนานี้ สามารถอยู่ที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 0.1 โอห์มถึง 10 โอห์มตราบใดที่ตัวต้านทาน จำกัด กระแสสูงกว่ามาก ในการใช้งานกระแสสูงค่าของตัวต้านทานความรู้สึกควรต่ำมากเพื่อป้องกันการกระจายพลังงานส่วนเกิน
แม้จะมีค่าประมาณ 0.001 โอห์ม แต่ก็สามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมได้เนื่องจากมีการไหลของกระแสไฟฟ้าสูง ในกรณีเช่นนี้ตัวต้านทานรับความรู้สึกปกติเรียกว่าตัวต้านทานแบบ 'ปัด'
วงจรประเภทนี้มักใช้ในการวัดกระแสด้วยมอเตอร์กระแสตรงเป็นต้น เป็นเรื่องง่ายที่จะใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสตรง ณ จุดใด ๆ ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เช่นบนเมนบอร์ดพีซี มีการตั้งค่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมบนมัลติมิเตอร์หัววัดสีดำที่เชื่อมต่อกับจุดกราวด์และหัววัดสีแดงที่เชื่อมต่อกับจุดตรวจสอบ
จากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะถูกอ่านโดยตรง หวังว่าอิมพีแดนซ์ของวงจรอินพุตโพรบจะสูงพอที่จะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของวงจร แต่อย่างใด อิมพีแดนซ์อินพุตของโพรบควรมีความต้านทานต่ออนุกรมที่สูงมากพร้อมกับความจุแบ่งที่ต่ำมาก
การวัดแรงดันกระแสในวงจรที่ซับซ้อน
การวัดกระแสไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสตรง ณ จุดใดก็ได้ในวงจรแทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าจะกลายเป็นเรื่องยุ่งยากกว่าเล็กน้อยและอาจต้องแก้ไขวงจรเล็กน้อยเพื่อให้เหมาะกับสิ่งนี้ อาจเป็นไปได้ที่จะตัดสายไฟของวงจร ณ จุดที่ต้องการวัดการไหลของกระแสจากนั้นใส่ตัวต้านทานความรู้สึกที่มีค่าต่ำที่จุดสัมผัสสองจุด
อีกครั้งค่าของตัวต้านทานนี้ควรต่ำพอที่จะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของวงจร จากนั้นสามารถเชื่อมต่อโพรบมัลติมิเตอร์ผ่านตัวต้านทานความรู้สึกนี้โดยใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมและแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานจะแสดงขึ้น
สิ่งนี้สามารถแปลงเป็นกระแสที่ไหลผ่านจุดทดสอบได้โดยหารด้วยค่าตัวต้านทานความรู้สึกดังในสูตร I = V / R
ในบางกรณีตัวต้านทานความรู้สึกสามารถเก็บไว้ในวงจรได้อย่างถาวรหากจำเป็นต้องวัดกระแสที่จุดทดสอบเฉพาะบ่อยๆ
การใช้ DMM เพื่อตรวจสอบกระแส
อาจจะง่ายกว่ามากในการวัดการไหลของกระแสด้วยมัลติมิเตอร์โดยตรงแทนที่จะต้องใช้ตัวต้านทานความรู้สึก ดังนั้นหลังจากตัดลวดที่จุดที่จะวัดแล้วตัวต้านทานความรู้สึกสามารถถูกทิ้งไว้และสายนำของมัลติมิเตอร์จะเชื่อมต่อโดยตรงกับจุดสัมผัสทั้งสอง
ตัวบ่งชี้การไหลของกระแสจะแสดงบนมัลติมิเตอร์หากตั้งค่ามาตราส่วนกระแส AC หรือ DC ที่เหมาะสม เป็นสิ่งสำคัญเสมอที่จะต้องตั้งค่าระดับแรงดันหรือกระแสที่ถูกต้องบนมัลติมิเตอร์ก่อนที่จะต่อหัววัดใด ๆ หรือเสี่ยงต่อการโพสต์ค่าศูนย์
เมื่อตั้งค่ามาตราส่วนปัจจุบันบนมัลติมิเตอร์อิมพีแดนซ์อินพุตของโพรบอินพุตจะมีขนาดเล็กมากคล้ายกับตัวต้านทานความรู้สึก
อินพุทโพรบของมัลติมิเตอร์สามารถคิดได้ว่าเป็นความรู้สึกหรือตัวต้านทานแบบ 'ปัด' ดังนั้นจึงสามารถรวมมัลติมิเตอร์แทนตัวต้านทาน RD ในแผนภาพด้านบนได้ หวังว่าอิมพีแดนซ์อินพุตของมัลติมิเตอร์จะต่ำพอที่จะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของวงจร แต่อย่างใด
เทคนิคการแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นแรงดันและแรงดันเป็นกระแสอย่างง่ายที่กล่าวถึงในบทความนี้ไม่แม่นยำเท่ากับที่ใช้ทรานซิสเตอร์หรือแอมป์ แต่สำหรับแอปพลิเคชันจำนวนมากพวกเขาจะทำงานได้ดี นอกจากนี้ยังสามารถทำการแปลงอย่างง่ายประเภทอื่น ๆ โดยใช้วงจรอนุกรมที่แสดงด้านบน
ตัวอย่างเช่นอินพุตคลื่นสี่เหลี่ยมสามารถแปลงเป็นรูปคลื่นฟันเลื่อย (ตัวรวม) ได้โดยแทนที่ส่วนประกอบ D ด้วยตัวเก็บประจุ
ข้อ จำกัด เพียงอย่างเดียวคือ RC คงที่ของเวลาควรมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับช่วงเวลาของสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม
คู่ของ: การรับพลังงานอิสระจากอากาศโดยใช้ Sec Excitor Coil ถัดไป: บทนำสู่ Schmitt Trigger
