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电压电流转换电路

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-=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。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4～20mA或者0～5V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1～5mA或者200～1000Hz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