Sovente i controlli industriali usano le correnti comprese fra 4 e 20 mA nella gestione dei processi di misura perché sono più affidabili nel trasferire le informazioni sia in presenza di rumore elettromagnetico sia quando si verificano ripide fluttuazioni di tensione. Tuttavia, questi controlli usano circuiti ad anello di corrente che richiedono una calibrazione dedicata per poter garantire la corretta lettura dei valori. Il circuito in figura 1 permette di calibrare il suo anello generando una corrente in risposta a una tensione di controllo in accordo all’equazione IOUT=Vcontrol/RsensexKCSA , dove IOUT è la corrente di uscita, Vcontrol la tensione di controllo, Rsense la resistenza di regolazione e KCSA il guadagno dell’amplificatore di misura CSA, Current-Sense Amplifier, che in questo caso è 20. Il circuito ospita anche l’integrato IC2 Maxim MAX5304 DAC, l’amplificatore CSA IC3 MAX4376T, l’amplificatore operazionale IC4 MAX420 e il transistor Q1 Mosfet a canale N IRFL4105.
Fig. 1 - Quanto circuito sfrutta un DAC per controllare la corrente d’uscita da 4 a 20 mA
La polarizzazione imposta sull’amplificatore operazionale costringe la tensione del suo ingresso invertente a essere uguale a quella del suo ingresso non invertente e ciò serve a permettere alla tensione di controllo di regolare direttamente la corrente d’uscita. In pratica, oltre che dalla tensione di controllo la corrente d’uscita dipende anche dal valore della resistenza Rsense e dal guadagno dell’amplificatore CSA, mentre il DAC fornisce la tensione di controllo necessaria e sufficiente ad automatizzare il processo di calibrazione. Scegliendo correttamente il valore della resistenza e configurando bene l’utile divisore resistivo formato dalle R1 e R2 all’uscita del DAC, si può regolare l’uscita del circuito in modo che la corrente sia esattamente di 4 mA quando l’ingresso digitale sul DAC è al livello minimo “zero-scale” e di 20 mA quando è a fondo scala “full-scale”.
La figura 1 riporta i valori dei componenti che possono soddisfare queste condizioni. Con ingresso digitale zero sul DAC, infatti, la tensione d’uscita è di 0V e il divisore resistivo impone 0,6V sull’ingresso non invertente dell’amplificatore operazionale forzando la sua corrente d’uscita al valore 4 mA. Quando l’ingresso digitale sul DAC è a fondo scala allora la sua tensione è di 3V uguale a quella del punto di mezzo nel divisore resistivo e perciò la corrente d’uscita viene forzata a 20 mA. Nella figura 2 si può vedere la caratteristica di trasferimento della corrente d’uscita rispetto alla tensione di controllo.
Fig. 2 – La lineare funzione di trasferimento fra corrente d’uscita e tensione di controllo del circuito di figura 1