电压电流转换电路

1、电压电流转换电路电压/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。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-= IeRw= (1+ k)IbRw (k为BG9013的放大倍数)

2、流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于kIb。令R1=R2，则有V0+Vm= V+= V-= (1+k)IbRw= (1+1/k)IoRw，其中k1，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05V 电压

3、转换成05mA的电流信号，可令V0=0，Rw=1k，其中Vo=0相当于将其直接接地。若将05V电压信号转换成15mA电流信号，则可确定V0=1.25V，Rw=1.25k。同样若将420mA 电流信号转换成15mA电流信号，只需先将420mA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。

4、把0-2.5V电压转换成0-10mA电流的电压电流转换电路在自动检测系统中，常常需要把各种传感器产生的能量微弱的电压信号变换成电流信号，以满足现场检测的需要，下图就是一种能把传感器产生的0-2.5缓慢变化的电压信号变换成0-10mA电流信号的电路。其中VT1、VT2组成一级差分放大电路，采用双端输出。VT3、VT4级成二级差分放大电路，它以单端输出的形式接到放大管VT5的基极，再从发射极反馈到VT2的基极。由于强烈的负反馈，输入阻抗提高。由于采用差分放大电路，电路元件的参数变化以及温度变化对电路的影响较小，从而保证电路的精度。其原理类似运算放大器，Q1的基极为同相端，Q2的基极为反向端。在强烈

5、负反馈的作用下，两输入端的电压基本相等，其误差大小取决于电路的放倍数，这儿由于放大倍数很大，所以忽略其误差。其反馈取自R8、R9两端。反馈电压Uf=I×(R8+R9),其中I就是我们需要的转换结果，Uf等于输入电压。改变R8，R9的大小，可以得到不同的电流范围。两种实用的电压/电流、电压/频率转换电路的设计和原理随着电子技术和计算机技术的迅速进步，工业自动化得到了快速发展，而在工业控制领域，检测传感器件起着越来越重要的作用，各种先进的传感器正在大量应用。但是很多传感器只提供420mA或者05V的直流模拟信号输出，而我国煤矿使用的煤矿安全监测系统大部分只允许接入15mA或者200100

6、0Hz的模拟信号，所以在一般工业现场使用的传感器要实现在煤矿的应用，除了考虑防爆因素外，还必须进行输出模拟信号的转换。这种输出信号的转换如果购买专用的转换设备，不仅价格高，使用也不是很方便。实际上自己设计制作一些转换电路也可以方便的实现所需性能，下面就介绍两种实用的电压/电流、电压/频率转换电路的设计和原理。1 电压/电流转换电路 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。V/I转换原理如图1。 由图1可见，电路主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助

7、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k1，所以Io (Vo+Vin)/Rw。 由上述分析可见，输出电流Io

8、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05V 电压转换成05mA的电流信号，可令V0=0，Rw=1k，其中Vo=0相当于将其直接接地。若将05V电压信号转换成15mA电流信号，则可确定V0=1.25V，Rw=1.25k。同样若将420mA 电流信号转换成15mA电流信号，只需先

9、将420mA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。2 电压/频率转换电路 电压/频率转换即V/F 转换，是将一定的输入电压信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。针对煤矿的特殊要求，我们只分析如何将电压转换成2001000Hz的频率信号。 实现

10、V/F 转换有很多的集成芯片可以利用，其中LM331是一款性能价格比较高的芯片，由美国NS公司生产，是一种目前十分常用的电压/频率转换器，还可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。由于LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01% ，工作频率低到1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V 等变换电路，并且容易保证转换精度。LM331可采用双电

11、源或单电源供电，可工作在4.040V 之间，输出可高达40V，而且可以防止Vs短路。图2是由LM331组成的典型的电压/频率变换器。 其输出频率与电路参数的关系为：Fout= Vin·Rs/(2.09·R1·Rt·Ct) 可见，在参数Rs、R1、Rt、Ct确定后，输出脉冲频率Fout与输入电压Vin成正比，从而实现了电压-频率的线性变换。改变式中Rs的值，可调节电路的转换增益，即V和F之间的线性比例关系。将15V 的电压转换成200 1000Hz的频率信号，电路参数理论值为R =18k，Ct=0.022uF，R1=100k，Rs=16.5528k，由于元

12、器件与标称值存在误差，在电路参数基本确定后，通过调节Rs的电位器，可以实现所需V/F线性变换。 由Fout= Vin·Rs/(2.09·R1·Rt·Ct)可知，电阻Rs、R1、Rt和电容Ct直接影响转换结果Fout，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择，其中Rt、Ct、Rs、R1要选用低温漂的稳定元件，Cin可根据需要选择0.1uF 或1uF 。电容C1对转换结果虽然没有直接的影响，但应选择漏电流小的电容器。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。电路中的47 电阻对确保电路线性失真度小于0.03% 是十分必须的。 图2