Nauwkeurige spanning/stroomomzetter
In de meet- en regeltechniek worden sensor- en stuursignalen vaak over grote afstanden verstuurd. Een van de industriestandaards hiervoor is de 4/20-mA-stroomlus (current loop), een tweedraadsverbinding waarbij de meetwaarde wordt vertegenwoordigd door de stroom in de kring. Op deze manier kunnen zonder problemen grote afstanden worden overbrugd.
Een vereiste bij een degelijke stroomkring is een nauwkeurige omzetting van de meetwaarde (meestal een spanningswaarde) in een stroomwaarde. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een spanningsgestuurde stroombron.
Een dergelijke meetwaarde-omzetter is hier gerealiseerd met behulp van opamp IC1b. Samen met transistor T1, weerstanden R6...R8 en P2 vormt deze schakeling een verschilversterker. De versterker regelt de spanning over R9 zo dat deze precies gelijk is aan de ingangsspanning. Dit betekent dat de stroom door R9 recht evenredig is met de ingangsspanning. Op deze manier komt de gewenste spanningsgestuurde stroombron tot stand. Met P2 wordt de common-modeonderdrukking van de versterker afgeregeld. Met deze instelmogelijkheid kunnen onnauwkeurigheden in de weerstanden en de door R9 veroorzaakte asymmetrie worden gecompenseerd. De ingangsversterker rond IC1la verzorgt de aanpassing van de ingangsspanning op het uitstuurbereik van de verschilversterker. Bovendien wordt met behulp van D1, R3 en R4 nog een offset toegevoegd die ervoor zorgt dat de stroomkring niet bij 0 maar bij 4 mA begint. De maximale stroom in de kring bedraagt 20 mA.
De versterkingsfactor van de gehele schakeling wordt afgeregeld met P1. De afregelprocedure is als volgt:
- Afregelen van de commonmode-onderdrukking met P2. Sluit een digitale multimeter aan in serie met de uitgang en lees de stroom af. Sluit dan tijdelijk R9 kort. Als P2 goed is afgeregeld, zal de stroom constant blijven. Zo niet, stel dan met behulp van P2 de laatst gemeten stroom in en neem vervolgens de tijdelijke kortsluiting weg. Waarschijnlijk zal daarmee de afgelezen stroomwaarde weer iets veranderen. Regel met P2 net zolang na tot de stoom met en zonder R9 constant blijft.
- Afregelen van het ingangsbereik met P1. Sluit de DMM aan in serie met de uitgang en meet de stroom (er is nog steeds nets aangesloten op de ingang van de schakeling). Stel met behulp van P1 de stroom in op een waarde van 4,0 mA.
Hans Bonekamp.