Conversione di un segnale a tensione compresa fra 1V e 5V in un
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Conversionediunsegnaleatensionecompresafra1Ve5Vin un’uscitaacorrentecompresafra4mAe20mA diThomasMosteller,FieldApplicationsEngineer LinearTechnologyCorp Nonostantelascomparsa,previstadalungotempo,dell’anellodicorrentea4mA–20mA, questainterfacciaanalogicacostituisceancorailmetodopiùfrequentedicollegamentodi generatoriadanellodicorrenteauncircuitodirilevazione.Atalfine,occorreconvertireun segnaleditensione–ingenerecompresafra1Ve5V–inun’uscitaacorrentecompresafra 4mAa20mA.Rigorosirequisitidiprecisioneimpongonol’usodicostosiresistoridiprecisioneo diunpotenziometrodiregolazioneperlacalibrazionealloscopodieliminarel’erroreinizialedi dispositivimenoprecisiperconseguiregliobiettividelprogetto.Manél’unanél’altratecnica sonoottimalinell’attualeambientediproduzionebasatosuapparecchiatureditest automatichecheimpieganodispositiviamontaggiosuperficiale:èdifficileinstallareresistoridi precisioniincontenitoriamontaggiosuperficie,mentreipotenziometridiregolazione richiedonol’interventodell’operatore,unrequisitoincompatibilecongliobiettividi produzione. LareteresistivaquadruplaadattataLinearTechnologyLT5400aiutaarisolverequesti problemiinuncircuitosemplicechenonrichiedealcunaregolazioneconpotenziometromaciò nonostanteassicuraunerroretotaleminoredello0,2%(Figura1).Ilcircuitoutilizzaduestadi amplificatoripersfruttarelecaratteristichediadattamentounichedellareteLT5400.Ilprimo stadioapplicaun’uscitacompresafra1Va5V,ingenereottenutadaunconvertitoreD/A, all’ingressononinvertentedell’amplificatoreoperazionaleIC1A.Questatensionefasìchela correnteattraversoR1siapariesattamenteaVIN/R1attraversoilFETQ2.Lastessacorrente vienefattacircolareattraversoR2,percuilatensionealterminaleinferiorediR2èquelladi24V dell’alimentazionedianellomenolatensioned’ingresso. Questapartedelcircuitohatrefontiprincipalidierrore:l’adattamentodiR1eR2,la tensionedioffsetdiIC1AelacorrentedidispersionediQ2.IvaloriesattidiR1eR2nonsono critici,madevonoadattarsifradiloroconesattezza.LareteLT5400Aconseguequesto obiettivoconunerroredi±0,01%.L’LT1490Apresentaunatensionedioffsetminoredi700µV da0a70°Cechecontribuisceconunerroredello0,07%aunatensioned’ingressodi1V. L’NDS7002Apresentaunacorrentedidispersionedi10nA–sebbeneingeneresiamolto inferiore–checorrispondeaunerroredi0,001%. D61,IT IlsecondostadiomantienelatensionesuR3ugualeaquellasuR2facendocircolarela correnteattraversoQ1.PoichélatensioneaicapidiR2èugualeallatensioned’ingresso,la correnteattraversoQ1èugualeesattamentealrapportofralatensioned’ingressoeR3. Utilizzandounoshuntdicorrentediprecisioneda250ΩperR3,lacorrentesegueconprecisione latensioned’ingresso. LefontidierroreperilsecondostadiosonoilvalorediR3,latensionedioffsetdiIC1Re lacorrentedidispersionediQ1.DalresistoreR3dipendedirettamentelacorrentediuscita,per cuiilsuovaloreècrucialeperlaprecisionedelcircuito.Questocircuitosfruttailresistoredi shuntdicompletamentodell’anellodicorrenteda250Ωutilizzatospesso.Ilcomponente RiedonSF-2nellafigurahaprecisioneinizialedi0,1%ebassaderivaconlatemperatura.Come nelprimostadio,latensionedioffsetcontribuisceconunerrorenonsuperioreallo0,07%.Q1 presentacorrentedidispersioneminoredi100nA,percuil’erroremassimoèparia0,0025%. L’errorediuscitatotaleèinferiorea0,2%senzabisognodialcunaregolazione.Lafonte principaledierroreèR3,ilresistoredirilevazionedellacorrente.Sesiusaundispositivodi qualitàpiùalta,comeilVishayseriePLT,sipuòottenereunaprecisioneparia0,1%.Leuscite deglianellidicorrentesonosoggetteasollecitazioniconsiderevolidurantel’uso.IdiodiD1eD2 inseritidall’uscitaall’anellodialimentazionea24VeamassaaiutanoaproteggereQ1,mentre R6assicurauncertoisolamento,chepuòessereaumentatoaumentandoilvalorediR6, accettandouncompromessosupartedellatensionedagarantireall’uscita.Selatensionedi uscitamassimaspecificataèminoredi10V,sipuòaumentareilvalorediR6a100Ω, conseguendoulterioreisolamentocontrolesollecitazioniinuscita.Seilprogettorichiedeuna maggioreprotezione,sipuòinserireall’uscitaunsoppressoreditensionitransitorieascapitodi unapiccolaperditadiprecisionecausatadallacorrentedidispersione. QuestoprogettosiavvalediduesolideiquattroresistoriadattatidellareteLT5400;gli altriduesonoutilizzabiliperaltrefunzionidelcircuito,comeuninverterdiprecisioneounaltro convertitoreda4mA–20mA.Inalternativa,sipossonoinserireglialtriresistoriinparalleloaR1 eR2.Questoapproccioriduceilcontributodierrorestatisticodelresistorediunfattoreparialla radicequadratadi2. Figura1.Resistoriadattaticonprecisioneoffronoconversioneprecisadatensioneacorrente
