VI和IV转换电路的设计实验报告

1、V/I和I/V转换电路的设计实验报告 一、实验目的1、熟悉V/I和I/V转换电路的工作原理，掌握集成运放的基本应用。2、在确保线性的情况下，测试V/I转换输出的电流范围，以及I/V转换输出的电压范围，测试并绘出V/I关系曲线。3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。二、实验线路及原理1、0-5V/0-10mA的V/I转换电路实验原理：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

2、，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：ILVf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此ILVi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500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，运放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。图2-1 V/I转换电路2、0-10mA/0-5V的I/V转换电路实验原理：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，

3、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。电路图如下图所示：图2-2 I/V转换电路输出电压为：V0=Ii*R4*(1+)，通过调节Rw可以调节放大倍数。在图中，运放A1的放大倍数为A=（R1+Rf）/R1,若R1=100k，Rf=150k，则A=2.5;若R4=200，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。3、本实验采用集成运放芯片TL082CN查阅芯片引脚图如下图所示。图2-3 TL082CN引脚图芯片引脚功能如下表所示。表2

4、-1 TL082CN引脚功能三、实验内容及步骤1、根据搭接的仿真图原理领取相应的电阻电容等元器件，根据原理图以及芯片引脚图搭接电路，同时注意走线平整、美观。2、开始搭接电路，首先在面包板上搭接V/I转换电路。（1）将芯片TL082CN插在面包板上，注意引脚编号。（2）在引脚8引出+12V电源线，引脚4引出-12V电源线，引脚1与引脚2相连，同时引脚1通过0.5k电阻接引脚6，引脚6又通过一0.3k电阻接引脚7，引脚3接输入电压源，引脚5接地，地线引出，引脚7输出信号测试。如下图所示。图3-1 V/I转换电路面包板接线图（3）连接万用表、直流稳压电源和面包板上的电路，将面包板上引出的+12V、-

5、12V电源线及地线与直流稳压电源相连，将引脚3引出的输入线与另一直流稳压电源相连，将万用表与引出的相应信号线连接，并将万用表与直流稳压电源共地，如下图所示。图3-2 V/I电路整体接线图（4）搭接电路完毕，检查电路搭接是否正确，检查完毕后接通直流稳压电源的供电电源，开始调试。（5）调节直流稳压电源，使其输出+12V、-12V电压分别与引脚8、4相连，引脚3输入0-10V可调电压，开始测试输出电流。（6）在面包板上测试完成后，领取洞洞板、插脚等元件，根据原理图焊接电路，如下图所示。图3-3 V/I焊接电路（7）焊接完成后，使用四路万用表测试焊点是否牢固，防止虚焊。将万用表调至蜂鸣档，用两个探针接

6、触引脚8与正电源插脚，发出蜂鸣声说明焊点牢固，其余焊点之间也同样测试。测试完成后连接电路，验证效果，连接好的电路如下图所示。图3-4 连接好的V/I电路（8）连接完毕后开始测试并记录实验数据。3、在面包板上搭接I/V转换电路。（1）将芯片TL082CN插在面包板上，注意引脚编号。（2）在引脚8引出+12V电源线，引脚4引出-12V电源线，按照仿真原理图搭接电路。连接万用表、直流稳压电源和面包板上的电路，将面包板上引出的+12V、-12V电源线及地线与直流稳压电源相连，将引脚3引出的输入线与另一直流稳压电源相连，将万用表与引出的相应信号线连接，并将万用表与直流稳压电源共地。（3）搭接电路完毕，检

7、查电路搭接是否正确，检查完毕后接通直流稳压电源的供电电源，开始调试。（4）调节直流稳压电源，使其输出+12V、-12V电压分别与引脚8、4相连，输入端输入0-10V可调电压，开始测试输出电压。（5）在面包板上测试完成后，领取洞洞板、插脚等元件，根据原理图焊接电路，如下图所示。图3-5 I/V焊接电路四、仿真运用protues软件对其进行系统仿真，仿真原理图如下图所示：1、0-10V/0-20mA的V/I转换电路图4-1 V/I变换电路仿真图仿真步骤：1）打开Proteus程序，搭建V/I转换电路：集成运放选择TL082，将运放的8号引脚连接+12V电源；4号引脚连接-12V电源；3号引脚接电压

8、源，2号引脚与1号引脚相连；1号引脚通过一个阻值为0.5k的电阻与另一个TL082的2号引脚相连，3号引脚接地，1号引脚通过一个阻值为0.3k的电阻反馈到2号引脚，1号引脚与0.3k电阻相连并接地，测量该电阻两端的电压值即可换算出输出电流。2）设置各元器件的参数：将电压源的幅值设为10V，不断调节输入电压观测输出电压。3）点击运行，观察输出电压波形，记录电压表的读数。2、0-20mA/0-10V的I/V转换电路图4-3 I/V变换电路仿真图（1）仿真步骤：1）打开Proteus程序，选择相应的元器件搭建I/V转换电路如上图所示。2）设置各元器件的参数：将电压源的幅值设为将电压源的幅值设为10V

9、，不断调节输入电压观测输出电压。3）点击运行，观察输出电压波形，记录电压表的读数。五、实验设备实验时所用的仪器设备如下表所示。表5-1 实验设备序号设备及元器件数量1直流稳压电源22数字万用表13数字双踪示波器14镊子15剪刀16面包板17电烙铁18导线若干9洞洞板110焊锡丝若干六、元器件清单表6-1 元器件清单序号设备及元器件数量1运算放大器TL08212不同阻值电阻若干七、实验数据及分析1、仿真数据分析（1）V/I转换电路：表7-1 V/I转换电路仿真数据记录次数输入电压V（V）输出电流I（mA）10022434846125815.961017.27由上几组数据可知，0-10V输入电压可

10、转换的输出电流的范围为0-20mA，但存在误差。（2） I/V转换电路：表7-2 I/V转换电路仿真数据记录次数输入电流I（mA）输出电压V（V）100.01221.00342.00484.005126.006168.0072010.00由上几组数据可知，0-10mA输入电流可转换的输出电压的范围为0-10V，但存在误差。2、实验数据记录及分析表7-3 V/I转换电路实验数据记录次数输入电压V（V）输出电流I（mA）10.20.217211.87323.81435.87547.85659.737611.798713.769815.1210917.31111019.2121120.81由上几组数

11、据可知，0-10V输入电压可转换的输出电流的范围为0-20mA，线性关系如下图所示。图7-1 V/I电路测试结果关系图（3） I/V转换电路：表7-4 I/V转换电路实验数据记录次数输入电流I（mA）输出电压V（V）10.1960.04321.970.97233.921.9845.882.9457.843.9569.84.953711.765.953813.736.832915.697.9591017.658.7121119.619.698由上几组数据可知，0-20mA输入电流可转换的输出电压的范围为0-10V。图7-2 I/V电路测试结果关系图实验存在问题：（1）测试时，V/I电路的输入电压增加到8V时，输出电流与前面输入电压较低时测得的数据不能保持较好的线性关系，只有增加芯片的供电电压时才能测量到与前面输入电压