第四章集成变换器及其应用1

第4章 集成变换器及其应用
4.1.３ 模拟电感器
电路如下所示：
R2 R1
-
A1
+
ui Ii
iC CO
RO
+A2
RS
第4章 集成变换器及其应用
4.1.３ 模拟电感器
R2
Ii
Ui
Uo R1
R1
-
RO
A1
+
ui Ii
U OjR 1 O C OU O 1(1jR 1 O C O)U i
则等效阻抗为：
ZieRR 1R 2R 3R 45j
C4R1R3R5 R2
其等效内阻和等效电感为：
Re

R1R3R5 R2 R4
Le

C4R1R3R5 R2
第4章 集成变换器及其应用
２、模拟对地电容
在
Zie

Z1Z3Z5 Z2Z4
中
取：Ｚ1、Ｚ2、Ｚ４、Ｚ5为电阻，Ｚ３为电容C３，
则等效阻抗为：
图4-2-4 XTR110的基本接法
第4章 集成变换器及其应用
第4章 集成变换器及其应用
APPLICATIONS INFORMATION
• Figure 1 shows the basic connections required for 0 to 10V input and 4 to 20mA output. Other input voltage and output current ranges require changes in connections of pins 3, 4, 5,9 and 10 as shown in the table of Figure 1(P113表 4-2-1).
I1
ui
由 U U 得
I2
R4
R3
IL
u
R5
uL
R 1 R 2 R 2 U i R 1 R 2 R 2R ( 5 R 3 R 3 R 4 R )4IL R L R R 1 2 R R 5 2IL R 3 R 3 R 4IL R L
为了让IL 和RL无关 , 必须使
+
I2
R４ uo2
A２ -
R３
ui
Ii
+ - A１
uo1 R５
A2为跟随器 uo
R１ R2
IL RL
A1为同相加法器
第4章 集成变换器及其应用
由电路可知 uo2 RLIL I1 I2
则:
Ui U R3
UR4U02ui
I2
R３
Ii
+
R４ uo2
A２ -
+ - A１
uo1 R５
uo
UR3R 4R4Ui R3R 3R4ILRL
R１ R2
IL RL
同时:
Uo1

R1 R2 R1
U
则 U o 1(R 1R 2 R )1(U R (i3 R 4R 4 I)L R L R 3)IL R 5IL R L
第4章 集成变换器及其应用
U o 1(R 1R 2 R )1(U R (i3 R 4R 4 I)L R L R 3)IL R 5IL R L 既 : ( R R 1 1 (R 3 R 2 ) R R 4 4 )U i ( R R 1 1 (R 3 R 2 ) R R 4 3 )IL R L IL R 5 IL R L
iC CO
-
A2
+
RS
UO1(1R R12)Ui AfUi
第4章 集成变换器及其应用
等效输入阻抗为：
ZieU Iii
jROCORS
Af 1
当Ａｆ远大于１时：
Zie

jROCORS
Af
其中等效电感值为：
Lie

ROCORS Af
第4章 集成变换器及其应用
4.1.４ 电容倍增器
１、由反相放大器组成的 电容倍增器
4脚
输入 输入 输入 输入
2 2 2 2
5脚
2 2 2 2 输入 输入 输入 输入
9脚
10脚
2
2
2
2
2
开路
2
2
2
2
2
2
2
开路
2
2
第4章 集成变换器及其应用
4.XTR110的应用
图4-2-5 0~10V输入，±200mA大电流输出变换电路
第4章 集成变换器及其应用
For spans beyond 40mA, the internal 50W resistor (R9) may be replaced by an external resistor connected between pins13 and 16.
第4章 集成变换器及其应用
第4章 集成变换器及其应用 4.1 阻抗变换器 4.2 U/I变换器和I/U变换器 4.3 U/F变换器和F/U变换器 4.4 精密T/I和T/U变换器 4.5 D/A变换器 4.6 A/D变换器
第4章 集成变换器及其应用
4.1 阻抗变换器
负阻抗变换器 阻抗模拟变换器 模拟电感器
CO
iC
R2
Ii
R1
ui
-
A1
+
Uo
R3
第4章 集成变换器及其应用
１、由反相放大器组成的 电容倍增器
Ii
j C O 1

R1 R2
1
R2
U
i
R1 R2
CO
iC
R2
Ii
R1
-
1
j C O (R1 R1
R2)U i
ui
A1
+
Uo
R3
等效输入阻抗为：
Zie
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ui Ii
1 R1
Rb Ra
)Ui
ui
+A1
其输入阻抗：
Zie
Ra
RP
-+A2
RS
Zie
Ui Ii

1
jCo(1RRba )
其等效电容为：
Cie
Co(1
Rb Ra
)
调整电位器可改变电容容量
第4章 集成变换器及其应用
4.2 U/I变换器和I/U变换器
4.2.1 接地负载的U/I变换器
1、由两个运放构成的U/I变换器
因为虚短:
Ui1UeiUi2 4 16 2
ReIc

Re
1 10
IO
第4章 集成变换器及其应用
表4-2-1 输入/输出与引脚关系
输入范 输出范围
围/V
/mA
0～10
0～20
2～10
4～20
0～10
4～20
0～10
5～25
0～5
0～20
1～5
4～20
0～5 0～5
4～20 5～25
3脚
2 2 15、12 15、12 2 2 15、12 15、12
Zie
(jC3R2R4)1
R1R5
其等效电容为：
Zie

C3R2R4 R1R5
第4章 集成变换器及其应用
３、模拟对地负阻抗
在
Zie

Z1Z3Z5 Z2Z4
中
取：Ｚ1、Ｚ3为电容C1、C3，Ｚ2、Z4为电阻R2、R4，
Z5为任一阻抗
则等效阻抗为：
Zie 2CZ1R52R4
为一负阻抗变换器
电路如下所示：
Ｚ５
Ii
ui
+A -
Ｚ2
Z１
Ｚ３ Ｚ５
+A -
Ｚ４
第4章 集成变换器及其应用
4.1.２ 阻抗模拟变换器
Ａ２为阻抗变换器 Ｚ５
Ａ１的输出：
UO1
Ui
(1
Z2 Z1
)
Ａ２的输出：
Ii
ui
+-A１ Ｚ2
Ｚ３
I５
+-A２
Ｚ４
Z１
Ａ１：同相放大器
UO2Ui(1Z Z3 4)UO1Z Z3 4
• 因A3的U-= U+=0，故IR3=(VF-0)/20K=10V/20K=0.5mA，
则UR4=0.5mA*2K=1V。据虚短，UR2=UR4=1V，
I下R2，=1可V/将5Ω由=X0.T2AR，11于0组是成A的4、0～R24构00成m0A.2电A流的源恒下流拉源2，00电m流A。方向向 • Iout=IO-IR2=0-0.2A=-200mA；
则：
输入电流为：
Ii I5 Ui
等效输入阻抗：
UO2 Z5
UO2 Ui(1ZZ21ZZ34)
Zie
Ui Ii
Z1Z3Z5 Z2Z4
可构成不同 性质的阻抗 模拟电路
第4章 集成变换器及其应用
１、模拟对地电感
在
Zie

Z1Z3Z5 Z2Z4
中
取：Ｚ1、Ｚ2、Ｚ3、Ｚ5为电阻，Ｚ4为Ｒ4和C4并联，
为了让IL 和RL无关 , 必须使
(R1 R2)R3 1 R1(R3 R4)
或
R 1 (R 3 R 4 ) R 3 (R 1 R 2 )
为简化分析取 R3=R1,R4=R2 则:
IL

R2 R1R5
Ui
第4章 集成变换器及其应用 1、由一个运放构成的U/I变换器
由电路可知 I1 I2
第4章 集成变换器及其应用
4.1.1 负阻抗变换器
（1）若去掉电阻R1
Ii
UO Ui(1RZ2)
ui
（2）若接入电阻R1
IZ
Ii
I1
Ui Uo R1
则：
Zie
Ui Ii
ZR1 R2
R1
I1
+A -
R2
I2
Z
负电阻变换器
第4章 集成变换器及其应用
右图只适用于信号源内阻小于Ｚ的情况
R1
R2 R5R3R4 R3
R1R2 (R3R4) R3R4
第4章 集成变换器及其应用
则:
IL


R2 R1R5
Ui
若取 R 2R 3R 4R 5R R1 R/2
则:
IL


2 R Ui
说明IL与Ui成正比 , 实现了线性变换
第4章 集成变换器及其应用
4.2.2 精密U/I变换器 以XTR110为例 XTR110可完成电压到电流的变换 1、XTR110 的性能特点
IC

Rs R8
IO

2 R8
IO
U1IeReICRe
2 500
IO
Re
因为虚短:
2.5
2 50
0IORe
即:
IO

625 Re
其中:Re=(1562.5+402)//5K2K//5K=(10/7)K=1.43K
IO 625/1430=0.437A
第4章 集成变换器及其应用
• 为保证精度，避免源内阻的影响，输入经缓冲器A1进入 XTR110的Ui1端，Ui2接地=0，接地的缓冲调零器A2使UR=0，这 样当Ui1=0时IO=0。
第4章 集成变换器及其应用
内部所第以二:级负载接地的U-I转换器
URsIo1R 0[U9Io i1 U Ue i UR8iI2C ] 50IC0 ICR R8sIOIOR R894IOR111e60IO 2
内部第一级运放为同相加法器
U1U4i1U 1e6iU2i2 U1ReIeReIc
即： ZS Z
若： ZS Z
应将右图同相端和反相端位置互换 对于右图：
Ii
I1
ui
+ -
A
R2
IZ
Z I2
（１）若Ｚ＝Ｒ
（２）若Ｚ＝Ｃ
Z ie


RR1 R2
负电阻变换器
ZiejR2 R12CjL
等效模拟电感，其中
L

R1
R2 2C
第4章 集成变换器及其应用
4.1.２ 阻抗模拟变换器
Its value can be calculated as follows:
REXT = R9 (Span OLD/SpanNEW)
第4章 集成变换器及其应用
第4章 集成变换器及其应用
上到图4可0中0见mA，U，通i2电过流调U方e节i向精向0密下电; 位当器URPi12、1R0PV3增时大Re,总可使IO降低 U 而1Ui1U=4i01时IU O1=e06i，故U2i02~10VU输4i1入得14到00~20..54VA输出。
• 当Ui1＝10V时Iout=IO-IR2=0.4A-0.2A=200mA
1
jC1
电阻Ｒ和电容Ｃ的并联
第4章 集成变换器及其应用
２、可变电容倍增器
Rb
Ii ui
Zie
+ A1
Ra RP
-+A2
RS
电位器调节电容的倍增系数 Ａ1组成的时跟随器，起缓冲作用
第4章 集成变换器及其应用
２、可变电容倍增器
Rb
Ii jCO(Ui Uo ) Ii -

jCO (1
第4章 集成变换器及其应用
2、XTR110 的内部结构
12、15基 准电路反 馈、耦合 （接一起）
基准调解
基准电压输入
4、5脚 完成信号输入
公共端
反馈电阻 反馈端 输出端
调零
量程调解 量程控制
第4章 集成变换器及其应用
2.XTR110的内部结构
图4-2-3 XTR110的内部结构图
3.XTR110的基本第接4章法集成变换器及其应用
I2
则: Ui U UU0
R1
R2
ui
I1
R4
U

R2Ui R1
R1Uo R2
R3
IL
而
U

R4 R3 R4
UL
U LILR LR 5( R (3R 3R 4R )/4)/R /L /R LU O
uO
R5
uL
第4章 集成变换器及其应用
则: UOR5( R(3R 3R 4R )/4)/R /L /RLRLIL
• The complete transfer function of the XTR110 is:
.
第4章 集成变换器及其应用
The internal op amp A1 can be damaged if its non-inverting input (an internal node) is pulled more than 0.5V below common (0V). This could occur if input pins 3, 4 or 5 were driven with an op amp whose output could swing negative under abnormal conditions