Técnicas simples de voltaje a corriente y de corriente a voltaje: por James H. Reinholm

Hay muchos tipos de circuitos convertidores de voltaje a corriente y de corriente a voltaje, y la mayoría de ellos utilizan una combinación de amplificadores operacionales y transistores para lograr un alto nivel de precisión. Pero cuando no es necesaria una alta precisión, se puede hacer un convertidor simple de este tipo usando solo una o dos resistencias.

Resistencia como convertidor de voltaje a corriente

Cualquier resistencia R que esté conectada a una fuente de alimentación V puede considerarse un convertidor de voltaje a corriente, ya que la corriente depende del voltaje a través de la ley de Ohm, cuya fórmula es I = V / R.

Si un extremo de la resistencia está desconectado y otro componente D está conectado al terminal de la fuente de alimentación desconectada y a la resistencia de modo que R y D estén en serie a través de la fuente de alimentación, el circuito aún se comporta como un convertidor de voltaje a corriente si la tensión cae a lo largo del componente D es muy pequeño o relativamente constante.

Este componente podría ser un diodo, LED o diodo Zener, o incluso una resistencia de bajo valor. El siguiente diagrama muestra estas posibles combinaciones. La resistencia R también se puede considerar como una resistencia limitadora de corriente para el componente adicional D.

La corriente que fluye a través de D está determinada por la fórmula simple: I = (V - VD) / R, donde VD es la caída de voltaje en el componente agregado.

Para valores constantes de VD y R, la corriente solo depende de V.Para diodos polarizados hacia adelante, VD es de aproximadamente 0,3 - 0,35 voltios para germanio y 0,6 - 0,7 voltios para diodos de silicio, y es relativamente constante en un amplio rango de corrientes. Los LED son similares a los diodos, excepto que están construidos con materiales especiales que emiten luz.

Cómo funcionan los LED con resistencias

Tienen un voltaje de polarización directa que es un poco más alto que los diodos regulares, y podría oscilar entre 1,4 voltios y más de 3 voltios, según el color. Los LED funcionan de manera eficiente a aproximadamente 10 mA a 40 mA, y una resistencia limitadora de corriente casi siempre está conectada a uno de los terminales LED para evitar cualquier daño debido a la alta corriente.

Hay ligeros cambios en las caídas de voltaje de diodos y LED para diferentes niveles de corriente, pero estos generalmente se pueden ignorar en el cálculo. Los diodos Zener son diferentes en que están conectados con polarización inversa.

Esto establece una caída de voltaje fija VD en el diodo Zener que podría oscilar entre 2 V y alrededor de 300 V, según el tipo. Para que cualquiera de estos dispositivos funcione, la tensión de alimentación debe ser superior a la caída de tensión VD.

Cualquier valor de resistencia funcionaría, siempre que su valor sea lo suficientemente bajo para permitir que fluya suficiente corriente, mientras que al mismo tiempo sea lo suficientemente alto como para evitar que fluya el exceso de corriente. Por lo general, hay un componente de conmutación insertado en algún lugar de este circuito en serie, que enciende o apaga un LED, etc. Puede ser un transistor, FET o la etapa de salida de un amplificador operacional.

LED y resistencia en linternas

Una linterna LED consiste básicamente en una batería, un interruptor, un LED y una resistencia limitadora de corriente, todos conectados en serie. A veces, el circuito de limitación de corriente consta de dos resistencias en serie a través de una fuente de alimentación, en lugar de un dispositivo de tipo resistor y diodo.

La segunda resistencia RD tiene un valor mucho menor que la resistencia limitadora de corriente, R, y a menudo se denomina resistencia de 'derivación' o 'detección'.

El circuito aún se puede considerar como un convertidor de voltaje a corriente, ya que la fórmula anterior ahora se puede reducir a I = V / R, ya que VD es insignificante en comparación con V.

La corriente ahora solo dependerá del voltaje, ya que R es constante. Este tipo de circuito a menudo se puede encontrar en varios circuitos de sensores, como sensores de temperatura y presión, donde una cantidad definida de corriente debe fluir en un dispositivo con una pequeña resistencia.

El voltaje en este dispositivo generalmente se amplifica para medir cualquier cambio a medida que cambia la resistencia del sensor en diferentes condiciones. Este voltaje incluso se puede leer con un multímetro si tiene suficiente sensibilidad.

Si la fórmula I = V / R se invierte para convertirse en una función de voltaje V = I R, el circuito simple en serie de dos resistencias también se puede considerar como un convertidor de corriente a voltaje.

La resistencia limitadora de corriente todavía tiene un valor mucho más alto que la resistencia de detección, y esta resistencia de detección es lo suficientemente pequeña como para que no afecte la operación del circuito de manera significativa.

Usando una resistencia de detección de corriente

Una corriente se convierte en voltaje por el hecho de que un multímetro puede detectar el pequeño voltaje VD a través de la resistencia de detección, o puede amplificarse y aplicarse como una señal en un convertidor A / D.

Este voltaje medido indica el flujo de corriente con la fórmula de la ley de Ohm V = I R. Por ejemplo, si 0.001 A fluye a través de 1 ohmio, la lectura de voltaje es 0.001 V.

La conversión es simple para una resistencia de 1 ohmio, pero si este valor es demasiado alto, se puede usar otro valor, como 0.01 ohmios, y el voltaje se puede encontrar fácilmente usando V = I R.

El valor real de la resistencia de detección no es importante en esta discusión. Puede ser de 0,1 ohmios a 10 ohmios, siempre que la resistencia limitadora de corriente sea mucho mayor. En aplicaciones de alta corriente, el valor de la resistencia de detección debe ser muy bajo para evitar una disipación de potencia excesiva.

Incluso con un valor de alrededor de 0,001 ohmios, se puede detectar un voltaje razonable a través de él debido al alto flujo de corriente. En casos como este, la resistencia de detección normalmente se denomina resistencia de 'derivación'.

Este tipo de circuito se usa a menudo para medir la corriente a través de un motor de CC, por ejemplo. Es muy sencillo usar un multímetro para medir voltaje CA o CC en cualquier punto de un circuito electrónico, como en la placa base de una PC. Se establece una escala de voltaje apropiada en el multímetro, la sonda negra conectada a un punto de tierra y la sonda roja conectada al punto de control.

Luego, el voltaje se lee directamente. Es de esperar que la impedancia del circuito de entrada de la sonda sea lo suficientemente alta como para que no afecte el funcionamiento del circuito de ninguna manera. La impedancia de entrada de la sonda debe tener una resistencia en serie muy alta junto con una capacitancia de derivación muy baja.

Medición de voltaje actual en circuitos complejos

Medir la corriente CA o CC en cualquier punto de un circuito en lugar de voltaje se vuelve un poco más complicado, y es posible que el circuito deba modificarse un poco para adaptarse a esto. Podría ser posible cortar el cableado de un circuito en el punto donde se desea la medición del flujo de corriente y luego insertar una resistencia de detección con un valor bajo en los dos puntos de contacto.

Nuevamente, el valor de esta resistencia debe ser lo suficientemente bajo como para que no afecte el funcionamiento del circuito. Las sondas del multímetro se pueden conectar a través de esta resistencia de detección utilizando la escala de voltaje adecuada, y se mostrará el voltaje de la resistencia.

Esto se puede convertir a la corriente que fluye a través del punto de prueba dividiendo por el valor de la resistencia de detección, como en la fórmula I = V / R.

En algunos casos, la resistencia de detección se puede mantener en el circuito de forma permanente si es necesario medir con frecuencia la corriente en un punto de prueba en particular.

Uso de un multímetro digital para verificar la corriente

Probablemente sería mucho más fácil medir el flujo de corriente directamente con el multímetro, en lugar de tener que usar una resistencia sensora. Entonces, después de cortar el cable en el punto que se va a medir, la resistencia de detección se puede dejar afuera y los cables del multímetro se pueden conectar directamente a los dos puntos de contacto.

Se mostrará una indicación de flujo de corriente en el multímetro si se establece la escala de corriente CA o CC adecuada. Siempre es importante configurar el voltaje o la escala de corriente correctos en un multímetro antes de conectar cualquier sonda, o arriesgarse a publicar una lectura de cero.

Cuando se establece una escala de corriente en un multímetro, la impedancia de entrada de las sondas de entrada se vuelve muy pequeña, similar a una resistencia de detección.

La entrada de la sonda de un multímetro se puede considerar como la resistencia de detección o 'derivación', por lo que el multímetro en sí puede incluirse en lugar de la resistencia RD en el diagrama anterior. Con suerte, la impedancia de entrada del multímetro es lo suficientemente baja como para no afectar el funcionamiento del circuito de ninguna manera.

Las técnicas simples de conversión de corriente a voltaje y de voltaje a corriente que se analizan en este artículo no son tan precisas como las que se basan en un transistor o amplificador, pero para muchas aplicaciones funcionarán bien. También es posible realizar otros tipos de conversiones simples utilizando el circuito en serie que se muestra arriba.

Por ejemplo, una entrada de onda cuadrada se puede convertir en una forma de onda de diente de sierra (integrador) reemplazando el componente D con un capacitor.

La única restricción es que la constante de tiempo RC debe ser grande en relación con el período de la señal de onda cuadrada.