精品运放电压电流转换电路.docx

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精品运放电压电流转换电路

运放电压电流转换电路

1、0－5V/0－10mA的V/I变换电路

 图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0-5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA的电流信号,A1是比较器．A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较,在比较器A1的输出端得到输出电压VL,V1控制运放A1的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的.输出电流IL的大小可通过下式计算：

IL＝Vf/（Rw+R7）,由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/（Rw+R7），当Rw+R7取值为500Ω时，可实现0－5V/0－10mA的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，运故A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度,一般能够达到较高的要求。

2、0－10V/0－10mA的V/I变换电路

   图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn,反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1,有VN＝Vp;Vp＝V1/（R2+R3）×R2，VN＝V2＋（Vi—V2）×R4/（R1+R4），所以V1/（R2+R3）×R2＝V2＋（Vi—V2）×R4/（R1+R4），依据Vf＝V1-V2及上式可推导出：

   若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：

Vf×R1＝Vi×R4，

   得出：

Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi,如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流,则有：

IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系,而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换.

3、1－5V/4－20mA的V/I变换电路

 在图3中．输入电压Vi是叠加在基准电压VB（VB=10V）上，从运放A1的反向输入VN端输入的，晶体管T1、T2组成复合管，作为射极跟踪器，起到降低T1基极电流的作用（即忽略反馈电流I2），使得IL≈I1，而运放A1满足VN≈Vp,如果电路图中R1＝R2＝R,R4＝R5＝kR，则有如下表达式:

由式①②③可推出：

若Rf＝62.5Ω，k=0。

25，Vi=1－5V,则I1＝4－20mA，而实际变换电流IL比I1小，相差I2（IL=I1-I2），I2是一个随输入电压Vi变化的变量，输入电压最小时（Vi=1V）,误差最大，在实际应用中,为了使误差降到最小，一般R1,R2，Rf的阻值分别选取40.25kΩ,40kΩ，62。

5Ω。

4、0－10mA/0－5V的I/V变换电路

   在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，如图4，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω，可实现0-10mA/0—5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω，可实现4-20mA/1—5V的I/V变换。

图中R，C组成低通滤波器,抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。

   对于存在共模干扰的电流输入信号,可采用隔离变压器耦合方式，实现0—10mA/0-5V的I/V变换,一般变压器输出端的负载能力较低，在实际应用中还应在输出端接一个电压跟随器作为缓冲器,以提高驱动能力。

5、由运放组成的0－10mA/0－5V的I/V变换电路

   在图5中，运放A1的放大倍数为A＝（R1+Rf）/R1,若R1＝100kΩ，Rf＝150kΩ,则A＝2.5；若R4＝200Ω，对于0－10mA的电流输入信号,将在R4上产生0－2V的电压信号,由A＝2.5可知，0－10mA的输入电流对应0－5V的输出电压信号.

   图中电流输入信号Ii是从运放A1的同相输入端输入的,因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。

6、4－20mA/0－5V的I/V变换电路

   经对图6电路分析，可知流过反馈电阻Rf的电流为（Vo-VN）/Rf与VN/R1＋（VN-Vf）/R5相等，由此，可推出输出电压Vo的表达式:

Vo=（1+Rf/R1+Rf/R5）×VN—（R4/R5）×Vf。

由于VN≈Vp＝Ii×R4,上式中的VN即可用Ii×R4替换，若R4＝200Ω，R1＝18kΩ，Rf＝7.14kΩ，R5＝43kΩ，并调整Vf≈7.53V，输出电压Vo的表达式可写成如下的形式：

当输入4－20mA电流信号时，对应输出0－5V的电压信号.

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电压电流转换器

简介

1.定义

2.应用简介

电压电流转换电路

1.结构分析

2.电路举例

展开

简介

1.定义

2.应用简介

电压电流转换电路

1.结构分析

2.电路举例

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编辑本段简介

定义

电压电流转换器是将输入的电压信号转换成电流信号的电路，是电压控制的电流源。

应用简介

在工业控制和许多传感器的应用电路中,摸拟信号输出时,一般是以电压输出.在以电压方式长距离传输模拟信号时，信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减，信号接收端的输入电阻越低，电压衰减越大。

为了避免信号在传输过程中的衰减，只有增加信号接收端的输入电阻，但信号接收端输入电阻的增加，使传输线路抗干扰性能降低，易受外界干扰，信号传输不稳定，这样在长距离传输模拟信号时,不能用电压输出方式，而把电压输出转换成电流输出。

另外许多常规工业仪表中，以电流方式配接也要求输出端将电压输出转换成电流输出。

V/I转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号,有利于信号长距离传输.V/I转换器可由晶体管等多种器件组成。

编辑本段电压电流转换电路

结构分析

电压/电流转换即V/I转换，是将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。

一般来说，电压电流转换电路是通过负反馈的形式来实现的，可以是电流串联负反馈，也可以是电流并联负反馈.电路如下所示。

  电流串联负反馈

  电流并联负反馈

电路举例

V/I转换原理如图。

由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压,Vin为输入电压即待转换电压,R为负载电阻。

其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上，由运放性质可知:

V-=Ie•Rw=（1+k）Ib•Rw

（k为BG9013的放大倍数）

流经负荷R的电流Io即BG9013的集电极电流等于k•Ib.令R1=R2，则有V0+Vm=V+=V-=（1+k）Ib•Rw=（1+1/k）Io•Rw，其中k》1，所以Io≈（Vo+Vin）/Rw。

由上述分析可见，输出电流Io的大小在偏置电压和反馈电阻Rw为定值时，与输入电压Vin成正比，而与负载电阻R的大小无关,说明了电路良好的恒流性能。

改变V0的大小,可在Vin=0时改变Io的输出。

在V0一定时改变Rw的大小，可以改变Vin与Io的比例关系。

由Io≈（V0+Vi）/Rw关系式也可以看出，当确定了Vin和Io之间的比例关系后，即可方便地确定偏置电压V0和反馈电阻Rw。

例如将0～5V电压转换成0～5mA的电流信号,可令V0=0，Rw=1kΩ，其中Vo=0相当于将其直接接地。

若将0～5V电压信号转换成1~5mA电流信号，则可确定V0=1。

25V，Rw=1。

25kΩ.同样若将4~20mA电流信号转换成1～5mA电流信号，只需先将4～20mA转换成电压即可按上述关系确定V0和Rw的参数大小，其他转换可依次类推。

为了使输入输出获得良好的线性对应关系，要特别注意元器件的选择，如输入电阻R1、R2及反馈电阻Rw，要选用低温漂的精密电阻或精密电位器，元件要经过精确测量后再焊接，并经过仔细调试以获得最佳的性能。

我们在多次实际应用中测试，上述转换电路的最大非线性失真一般小于0.03%，转换精度符合要求。