Convertir un signal de 1V à 5V en sortie de 4mA à 20mA
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Convertir un signal de 1V à 5V en sortie de 4mA à 20mA
Convertirunsignalde1Và5Vensortiede4mAà20mA Auteur:ThomasMosteller,IngénieurApplicationsdeterrain LinearTechnologyCorp Bienqueladisparitiondelaboucledecourant4-20mAaitétépréditedepuislongtemps,cette interfaceanalogiqueestencorelaméthodelaplusrépanduepourconnecterdessourcesà boucledecourantàuncircuitdedétection.Cetteinterfacenécessitelaconversiond’unsignal detension,typiquementde1Và5V,enunesortiede4mAà20mA.Desexigencesdeprécision strictesimposentl’utilisationderésistancesdeprécisioncoûteusesoud’unpotentiomètre réglablepourcalibrerl’erreurdedépartdedispositifsmoinsprécisafindesatisfaireaux objectifsdelaconception.Iln’existeaucunetechniqueoptimalepourl’environnementde productiond’aujourd’hui,basésurdumatérieldetestautomatiquemontéensurface.Ilest difficiledetrouverdesrésistancesdeprécisiondanslesensemblesmontésensurface,etles potentiomètresréglablesnécessitentuneinterventionhumaine,incompatibleaveclesobjectifs deproduction. LeréseaudequatrerésistancesappariéesLT5400deLinearTechnology,quicontribueà larésolutiondecesproblèmes,seprésentesousformed’unsimplecircuitquinenécessite aucunréglagedecompensationtoutenprésentantuneerreurtotaleinférieureà0,2%(Figure 1).Lecircuitemploiedeuxétagesamplificateurspourexploiterlescaractéristiques d’appariementuniquesduLT5400.Lepremierétageappliqueunetensiondesortiede1Và5V (normalement,àpartird’unCNA)àl’entréenon-inverseusedel’ampliopIC1A.Cettetension imposelavaleurducourantparl’intermédiairedeR1àVIN/R1exactementàtraversleFETQ2.Le mêmecourantcirculedansR2,etlatensionenbasdeR2estlatensiond’alimentationdela bouclede24Vmoinslatensiond’entrée. Cettepartieducircuitprésentetroissourcesprincipalesd’erreur:l’appariementdeR1 etR2,latensiondedécalaged’IC1A,etlesfuitesdansQ2.LesvaleursexactesdeR1etR2nesont pascritiques,maisellesdoiventêtreexactementlesmêmes.LaclasseduLT5400Apermet d’atteindrecetobjectifavecuneerreurde±0,01%.LeLT1490Aprésenteunetensionde décalageinférieureà700µVentre0°Cet70°C.Lacontributiondecettetensionestuneerreur de0,07%àunetensiond’entréede1V.LeNDS7002Aprésenteuncourantdefuitede10nA, bienqu’ilsoithabituellementbienendessousdecettevaleur.Cecourantdefuitereprésente uneerreurde0,001%. D61,FR LedeuxièmeétagemaintientlatensionauxbornesdeR3égaleàlatensionauxbornes deR2enfaisantcirculerlecourantdansQ1.PuisquelatensionauxbornesdeR2estégaleàla tensiond’entrée,lecourantcirculantdansQ1,estexactementégalàlatensiond’entréedivisée parR3.Enutilisantunshuntdecourantdeprécisionde250ΩpourR3,lecourantsuit exactementlatensiond’entrée. Lessourcesd’erreurdansledeuxièmeétagesontlavaleurdeR3,latensiondedécalage deIC1R,etlecourantdefuitedeQ1.LarésistanceR3imposedirectementlecourantdesortie, doncsavaleurestdéterminantepourlaprécisionducircuit.Cecircuitemploielarésistancede shuntde250Ωnormalementutiliséepourfermerlaboucledecourant.LecomposantRiedon SF-2delafigureprésenteàl’origineuneprécisionde0,1%etunedériveentempératurefaible. Commedanslepremierétage,lacontributionàl’erreurdelatensiondedécalagen’estquede 0,07%.Q1auncourantdefuiteinférieurà100nA,cequiconduitàuneerreurmaximalede 0,0025%. L’erreurtotaleensortieestinférieureà0,2%sansaucunajustement.Larésistancede détectiondecourantR3estlaprincipalesourced’erreur.Enutilisantundispositifdemeilleure qualité,parexempledelasériePLTdeVishay,ilestpossibled’atteindreuneprécisionde0,1%. Lessortiesdeboucledecourantsontsoumisesàdescontraintesconsidérablesaucoursde l’utilisation.LesDiodesD1etD2entrelasortieetl’alimentation24Vdelaboucleetlamasse contribuentàlaprotectiondeQ1;R6apporteuncertainniveaud’isolation.L’isolationpeutêtre amélioréeenaugmentantlavaleurdeR6,avecuncompromisauniveaudelatensionaccordée ensortie.Silatensiondesortiemaximalenécessaireestinférieureà10V,ilestpossible d’augmenterlavaleurdeR6jusqu’à100Ω,cequiisoleencoremieuxdescontraintesdela sortie.Silaconceptionnécessiteuneprotectionrenforcée,ilestpossibled’ajouterun suppresseurdetransitoiredetensionensortiemaisavecunepertedeprécisiondueaucourant defuite. LaconceptionutiliseseulementdeuxdesquatrerésistancesappariéesduLT5400.Ilest possibled’utiliserlesdeuxautrespourd’autresfonctionsdecircuittellesqu’uninverseurde précisionouunautreconvertisseur4-20mA.Ilestaussipossibledemettrelesautres résistancesenparallèleavecR1etR2.Cetteapprochediminuelacontributionàl’erreur statistiquedelarésistanced’unfacteurracinecarréededeux. Figure1.Résistancesdeprécisionappariéespermettantuneconversionprécisedelatension encourant.