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1、电压/电流变换电路设计如图1 ，这是由两个运放组成的实用电压电流转换电路。U8A构成同相求和运算电路，U8B构成电压跟随器。集成运放U8A的输出电压Uo1 与其同相输入端Up1 有关，而Up1 又与Uo2 有关， Uo2 又是集成运放 U8B的输出电压，而U8B的输入电压即为RP1的另一端电压，只要求得RP1 上的电压降就可以知道流过RP1 的电流Io，如果压降能用输入电压的关系式表示，那么就可以完成电压到电流的转换。由于该电路相对结构简单，设计中主要采用该电路完成电压到电流的转换。图 1 电压/电流转换电路一、原理分析如图1 ，集成运放的同相输入端实际上有两路信号，一路是输入电压Vi,另一路
2、是U8B的输出电压Uo2，这样当输入信号均作用于集成运放的同一个输入端，则可以实现加法运算；对于集成运放U8A，根据“虚短”和“虚断”的概念，集成运放的净输入电流为零，所以有，则36811RUNO11)368(NOUR又因为理想集成运放净输入电压为零，则 Un1=Up1，所以上式为11)368(POUR在同相比例运算电路中，若将输出电路的全部反馈都加到反相输入端，就构成了电压跟随器。即图中集成运放U8B 构成的就是一个电压跟随器，该电路引入了电压串联负反馈，其反馈系数为1。由于理想集成运放净输入电压为零，即Un2=Up2,又因为Un2=Uo2，所以Up2=Uo2,即输入电压等于输出电压。又因为
3、理想集成运放净输入电流为零，则有 39721RUOPi 所以由式得到： 21 397397pi UR221 )(68( PiPORP 若 R36=R37=R38=R39,则上式简化为 iRP1所以得到 1RUIiPO即输出电流随输入电压的改变而改变。二、参数确定由上面的分析和推导知道 ，当RP1确定后，输出电流只与输入电压有关。1PIiO当输入05V 标准电压时，要输出010mA 的标准电流，即RP1=500。同理当输入1 5V 标准电压时，要输出420mA 的标准电流，即RP1=250。R36,R37,R38,R39 为四个平衡电阻，只要阻值相等就可以，设计电路中取R36=R37=R38=R
4、39=47k。在这种情况下，输出电流与输入电压以1/RP1 为比例系数成线性关系，所以该设计在原理上具有较好的线性关系。另外，负载与输出电流无关，该电路也具有较强的带负载能力。由于任务要将05V电压转换成420mA电流量，而图1的电路只能将05V电压转换为010mA电流量或将15V电压转换成420mA电流量，因此我引入了将010mA电流量转换成420mA电流量的转换电路，来完成05V电压转换成420mA电流量的转换。010mA电流量转换成420mA电流量的转换电路的设计一、方案确立在电子线路技术中，很少有将电流直接转换成电流的电路，所以考虑先将输入电流转化为电压，再进行电压到电流的转化。前面已
5、经对电压转换为电流的电路作了详细的分析，所以还是采用两个集成运放，由同相加法运算电路和电压跟随器组成，前级加一个电阻和电容并联，使输入的电流在电阻两端产生一个压降，然后输入到集成运放的同相输入端，完成电压到电流的转换，从电路的整体来看，即完成了电流到电流的转换。见下图2图2电流/电流转换框图同样地，由于标准电流010mA 和420mA，不是成一定的比例关系，当输入为0mA 电流时要求输出为4mA 的电流，输出电流的下限提高了，所以同样考虑在输入端加一路信号，使得输入电流信号为零时，输出不为零。事实上这也是将零点进行了移位。考虑还是用二极管进行限压。二、 、原理分析如图3 所示，输入电流在R44
6、两端产生一定的压降，即先将电流信号转化为了电压信号，从集成运放的同相输入端输入，电路引入了负反馈，U8C构成同相求和运算电路，U8D构成电压跟随器。根据图1电压/电流电路的分析，已经得到 3RPUIiO上式中Ui=Ii R44,所以 3R4PUiIO得到了输入电流与输出电流的关系式。从式子上分析，输出电流和输入电流成一定的线性关系。由于标准电流010mA 和420mA，不成比例关系，则在输入端加了一路信号进行控制。还是利用二极管的单向导电性进行设计。当输入为零电流时，只要二极管正端有电压存在，二极管导通，将此电压信号输入到集成运放U8C的同相输入端，输出一定的电流信号。就是说，只要调节滑动变阻
7、器RP4，就可以使得输入为零时，输出不为零。确定输入输出电流的上限时，分析最高输入10mA 与最高输出20mA 成两倍的关系，可以确定R44/RP3 的比值。三、 、 参数确定当输入010mA 电流时，R44=1k，则有010V输入电压；输出为420mA电流，根据式 ，确定RP3 为500。输入控制端，R43=1k ，R2 取10k的3R4PUiIO变阻器，平衡电阻只要满足R40=R41=R42=R45 即可，负载电阻在原理上任意，不过为了控制输出电压的大小，取R=200。图 3 电流/电流转换电路电压/ 电流变换电路 PROTEUS 仿真R147kR347k47kR547k R61kR747
8、kR847kR947k1047kR120R131kD11N418C11nF+5VGND R1(2)I=0.04092C1(2)I=.8752e-05C1(2)V=.9457+24V+24V +24V+24VGNDGNDGND GND32 141U1:ALM324567 41U1:BLM324109 841U1:CLM324121314 41U1:DLM32462%RV480 50%RV21k82%RV110k图 4（a）输入电压 0v 的输出量情况R147kR347k47k R547k R61kR747kR847kR947k1047kR120R131kD11N418C11nF+5V+5V R1
9、(2)I=0.063C1(2)I=0.10905C1(2)V=0.265+24V+24V +24V+24VGNDGNDGND GND32 141U1:ALM324567 41U1:BLM324109 841U1:CLM324121314 41U1:DLM32462%RV480 50%RV21k82%RV110k图 4（b）输入电压 5v 的输出量情况输 出 电 流00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.010.0110.0120.0130.0140.0150.0160.0170.0180.0190.020.0210.02200.20.40
10、.60.811.21.41.61.822.22.42.62.833.23.43.63.844.24.44.64.855.25.4输 出 电 流R147kR347k47kR547k R61kR747kR847kR947k1047kR120R131kD11N418C11nF+5V+2.5V R1(2)I=0.1049C1(2)I=0.05136C1(2)V=5.01935+24V+24V +24V+24VGNDGNDGND GND32 141U1:ALM324567 41U1:BLM324109 841U1:CLM324121314 41U1:DLM32462%RV480 50%RV21k82%R
11、V110k图 4（c ）输入电压 2.5v 的输出量情况输入电压（V） 0.000102120.1011060.2002220.3930.48620.5779130.66790.7560.84290.9281.01161.5572.0432.553.0013.5044.034.4924.989输出电流（A） 0.0040.004190.004380.0047550.004940.0051120.005290.0054560.005620.0057890.005950.007030.008220.010240.0120.01410.01620.0180.02002V/I 仿真数据输出电流（A） 输入电压（V）图 5 V/I 仿真曲线图完成时间：2011 年 7 月 30日制图人：潘美江
