几个常用的电压电流转换电路

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I/V转换电路设计
1、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,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。

电路图如下所示:
输出电压为:
(Rw可以调节输出电压范围)
缺点是:输出电压随负载的变化而变化,使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。

优点是:电路简单,适用于负载变化不大的场合,
2、由运算放大器组成的I/V转换电路
原理:
先将输入电流经过一个电阻(高精度、热稳定性好)使其产生一个电压,在将电压经过一个电压跟随器(或放大器),将输入、输出隔离开来,使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。

然后经一个电压跟随器(或放大器)输出。

C1滤除高频干扰,应为pf级电容。

电路图如下所示:
输出电压为:
注释:通过调节Rw可以调节放大倍数。

优点:负载不影响转换关系,但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。

要求:电流输入信号Ii是从运算放大器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。

R4为高精度、热稳定性较好的电阻。

V/I转换电路设计
原理:
1、V I 变换电路的基本原理:
最简单的VI变换电路就是一只电阻,根据欧姆定律:,如果保证电阻不变,输出电流与输入电压成正比。

但是,我们很快发现这样的电路无法实用,一方面接入负载后,由于不可避免负载电阻的存在,
式中的R发生了变化,输出电流也发生了变化;另一方面,需要输入信号提供相应的电流,在某些场合无法满足这种需要。

1 、基于运算放大器的基本VI变换电路为了保证负载电阻不影响电压/电流的变换关系,需要对电路进行调整,如图1是基于运算放大器的基本VI变换电路。

利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0;因此流过Ri的电流:
再利用运算放大器的“虚断”概念可知,流过RL的电流
其电路图如下所示:
缺点是:负载电阻RL与输入电压Ui没有共地点。

因此不太实用。

解决方法是:在同相输入端与输出端加以电压跟随器,以实现共地输出的V/I变换。

其电路图如下所示:
相应计算公式为:
由IC2为电压跟随器则:
由运算放大器“虚断”可知:
利用运算放大器的“虚短”概念可知:
Un=Up
在实际运用中可R1=R2=R3=R4=R,整理上两式,分别得:
因此有:
再利用运算放大器的“虚断”概念可知:流过负载电阻RL的电流IL 与流过Re电阻的电流相等。

即有:
因此只要保证Re不变,可见负载电流与输入电压Ui成正比,就能实现了共地输出的VI变换。

缺点是:虽然图2已经实现了共地输出,由于一般运算放大器的输出能力有限,很难满足毫安级别以上的电压电流变换,只适用于微安级别以及微安一下的电压到电流的变换。

因此需要对运算放大器进行扩流输出。

最简单的办法是利用三极管的电流放大特性进行扩流输出。

扩流解决方法:
利用三极管的电流放大特性进行扩流输出。

电路图如下所示:
与扩流前不同的是流过Re的电流将不再由运算放大器提供,而是由三极管Q1提供。

如果需要输出较大的电流可以将Q1改成复合管或者MOS 管。

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