مبدل جریان به ولتاژ چیست و چه کاربردهایی دارد؟

یک مبدل جریان به ولتاژ یا مبدل I به V یک مدار الکترونیکی است که جریان را به عنوان ورودی دریافت می‌کند و ولتاژ را به عنوان خروجی تولید می‌کند. در این بخش به ساختار عملکردی این مبدل می‌پردازیم.
وقتی جریان از ترمینان معکوس آن وارد می‌شود، مبدل جریان به ولتاژ خروجی از جنس ولتاژ تولید می‌کند. نمودار مدار این گونه مبدل‌ها در شکل زیر ارائه شده است.

در مدار بالا، ترمینال ورودی غیرمعکوس به زمین وصل است. یعنی، ولتاژ صفر به این ترمینال وارد می‌شود. بر اساس قاعده اتصال کوتاه مجازی، ولتاژ در ترمینان ورودی معکوس، برابر با ولتاژ ترمینال ورودی غیرمعکوس است. بنابراین، ولتاژ در ترمینال ورودی معکوس نیز صفر ولت است.
در ادامه، یک ولتاژ ورودی Vi، به ترمینال غیرمعکوس از مبدل جریان به ولتاژ اعمال می‌شود. بنابراین، ولتاژ در ترمینال معکوس نیز به همین اندازه تغییر می‌کند. حال شما یک خروجی دارید که در قالب ولتاژ و متناظر با جریان ورودی است و محاسبات و فعالیت‌های بعدی بر مبنای این ولتاژ نتیجه انجام می‌گیرد.

در مبدل‌ها از یک مقاومت برای حفظ مقدار انرژی مصرفی در یک سطح مطلوب استفاده می‌شود. بخصوص، استفاده از دستگاه‌ها با ولتاژ به عنوان محرکه اصلی، باعث صرفه‌جویی در انرژی می‌شود. تقریبا اکثر تجهیزات الکترونیکی پر مصرف، از ولتاژ استفاده می‌کنند و وجود مبدل‌های جریان به ولتاژ در آن‌ها حتمی است.
یکی از مهم‌ترین کاربردهای مبدل جریان به ولتاژ، استفاده از آن به عنوان تقویت کننده ردیاب نوری و برای اندازه‌گیری شدت نور در محیط‌های مختلف و برای اهداف متنوع است. بخصوص، با استفاده از مبدل جریان به ولتاژ، می‌توان ولتاژ را در سراسر فتودیود در سطح صفر نگه داشت.
علاوه بر این، در بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی، نیاز به دسته‌های ولتاژ با سطح مساوی و از کانال یک جریان متناوب ورودی است. در چنین شرایطی، جریان متناوب ورودی در بین راه از مبدل عبور می‌کند و پس از تبدیل به ولتاژ، به شاخه‌های مختلف با سطح ولتاژ مساوی تبدیل می‌شود.

در این کاربرد، مبدل‌های تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال (DAC) با مبدل جریان به ولتاژ ترکیب می‌شوند. در ابتدا یک سیگنال ۸ بیتی وارد مبدل سیگنال آنالوگ به دیجیتال می‌شود، خروجی این مبدل یک جریان خواهد بود؛ این جریان سپس وارد مبدل جریان به مبدل می‌شود. درنهایت، از جریان متناوب ورودی، ولتاژهایی با محدوده مناسب و هدف تولید می‌گردند.

در بخش کنترل محصولات، از نوعی از سنسور یا دتکتور استفاده می‌شود که ویژگی‌های مختلف محصول را کنترل و گزارش می‌دهد. بسیاری از این سنسورها خروجی از جنس جریان دارند، اما برای اندازه‌گیری این جریان و دلیل تشکیل آن، ابزارهای دقیق اندازه‌گیری وجود ندارند.
مبدل جریان به ولتاژ یک راه‌حل میانه‌ای است که با تبدیل جریان حاصل از سنسورها، امکان بهره‌برداری از آن در قالب ولتاژهای متنوع را ممکن می‌سازد. در واقع، اکثر پارامترهای کنترلی را می‌تواند از مسیر ولتاژ حاصل از رصد محصول اندازه‌گیری کرد.

در حالت کلی، دو نوع مبدل جریان به ولتاژ وجود دارد، مبدل جریان به ولتاژ Passive یا غیرفعال، و مبدل جریان به ولتاژ Active یا فعال. انواع غیرفعال ساختار و تعریف بسیار ساده‌تری دارند، اما در محیط‌های دنیای واقعی قابل استفاده نیستند (نیاز به محیط‌هایی شبیه خلاء دارند).
مبدل جریان به ولتاژ فعال، یک تقویت‌کننده عملیاتی (Operational Amplifier) را به مدار اضافه می‌کنند. وظیفه این تقویت‌کننده عملیاتی، ایجاد توان کافی برای عملکرد مبدل در دنیای واقعی است.
به محض اینکه جریان به ولتاژ تبدیل شد، و توسط تقویت‌کننده به سطح قابل قبول رسید، آنگاه ولتاژ آماده بهره‌برداری در قالب یک منبع جریان برای انواع مختلف دستگاه‌های الکترونیکی است.
مهم‌ترین کاربرد این مبدل‌های فعال در لابراتورهای تحقیقاتی است که فعالیت‌ آن‌ها وابستگی زیادی به اندازه‌گیری دقیق جریان دارد. در این شرایط، مبدل جریان به ولتاژ مولفه اصلی در طراحی انواع تجهیزات برای کاربردهای مختلف است.