电流电压转换电路

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1、模拟电路课程设计报告设计课题： 电流电压转换电路 专业班级： 电信本 学生姓名： 学号： 55指导教师： 设计时间： 1-5 - 2 -电流电压转换电路一、设计任务与要求1.将 4mA20mA 的电流信号转换成10V 的电压信号，以便送入计算机进行处理。这种转换电路以 4mA 为满量程的 0对应10V，12mA 为 50对应0V，20mA 为 100对应10V。2用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V） 。二、方案设计与论证题目要求之（一）：要求将 4mA20mA 的电流信号转换成为10V 的电压信号，可以设计一个第一级增益为 1 的差动输入电路，第二级增益为 2.

2、5 的电路，从而达到电流-电压转换。题目要求之（二）：要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的12V 直流电源。我们知道直流电源可由四部分构成，变压器，桥式整流电路，电容滤波电路及集成稳压电路构成。通过对各元器件参数的计算及电路的组合分析可初步定制出原理图。题目（一）：方案一:设计一个第一级增益为 1 的差动输入电路，第二级增益为 2.5 的电路。其原理图为：V112 V R1500R420kKey=A 52%R610kR710kU1UA741CD3247651R210kKey=A70%R310kVCC12VVDD-12VXMM1R510kR910kR10750R1110kKey=A

3、50%R125kKey=A 23%R134kU2UA741CD3247651D16.2 V XMM3VDD-12VVCC12VXMM2 R820k方案一总结：优点：精确/易调。缺点：电阻难买到，不是很方便，稳压管只有- 3 -6.2V 的。方案二:设计一个第一级增益为 1 的电压并联负反馈，第二级增益为 2.5 的电路。其原理图为：V112 V R110kKey=A 70%U1UA741CD3247651U2UA741CD3247651R21kKey=A 50%R310kR450kKey=A50%R710kR81kXMM1XMM2XMM3VDD-12V VDD-12VR510kR610kKey

4、=A65%V212 V 方案二总结：优点：较准确，电路简单，器材比较容易买到;缺点：由于电位器的调节不是很精确，引起实验误差，难调节。通过对 2 个方案的比较分析，我们选出了最优的方案方案一。题目(二)：（一）桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计（12V） 。根据其设计流程图：我们分别设计出其四个部分的电路图，再经过组合得到其总原理图为：- 4 -（二）桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计（12V） 。直流源四个组成部分分析：1、电源变压器。其电路图如下：由于要产生12V 的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压 u2 应大于24V，由现有的器材可选变压后副边电压 u2 为

5、 15V 的变压器。2、整流电路。其电路图如下：- 5 -桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。3、滤波电路。其电路图如下：滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。滤波电路输出电压波形如下：4、稳压电路。三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。调成管决定输出电压值。由于本课程设计要求12V 的输出电压，所以我们选用 7

6、812 和 7912 的三端稳压管 - 6 -三、单元电路设计与参数计算（一）第一级电流的计算；由于设计要求是要把 4mA20mA 的电流转换成电压，所以要提供电流源。可以用制作的 12V 直流源与一电位器串联，通过调节电位器从而达到所需的电流，运放采用差动输入。I=U/R,当 I=4mA 时，R=U/I=12V/4mA=3K;当 I=20mA 时，R=12V/20mA=0.6K. 所以只要调节电位器的阻值在 0.6KK 之间就可以达到电流 4mA20mA。选择电位器 R2 为 10K 的电位器，R1=0.5K 可由 2 只 1K 电阻并联实现。这样输入电流 4mA 对应电压 2V，输入电流

7、20mA 对应电压 10V。A 1设计增益为 1，对应输出电压为-2V-10V.故要求电阻 R6,R7，R4 阻值相等，取R6=R7=R4=10K。- 7 -(二)第二级的计算：因为第一级电压变化范围为-2-（-10）=8V.而最终输出应为-10V+10V，变化范围 10V-(-10V)=20V，故 A2级增益为 20V/8V=2.5 倍，又输入电流为 12mA 时，A1输出电压为-12mA0.5mA=-6V.此时要求 A2输出为 0V。故在 A2反相输入端加入一个+6V 的直流电压，使 A 2输出为 0。A 2运放采用反相加法器，增益为 2.5倍。取 R9=10K,R5=10K,R8+R11

8、=25K(以用 10K 的电位器进行调节，所以选择 10K的电位器)，R13=R5/R9/R8+R11=4K,R10=750。反相加法器引入电压为 6V，可以用一 6.2V 稳压管稳压，从而达到所需的 6V.- 8 -四、总原理图及元器件清单（一） 、总原理图（1）电流电压转换电路V112 V R1500R420kKey=A 52%R610kR710kU1UA741CD3247651R210kKey=A70%R310kVCC12VVDD-12VXMM1R510kR910kR10750R1110kKey=A50%R125kKey=A 23%R134kU2UA741CD3247651D16.2 V

9、 XMM3VDD-12VVCC12VXMM2 R820k（2）桥式整流电容滤波集成稳压块12V 直流电源- 9 -（二） 、元件清单元件序号 型号 主要参数 数量 备注（单价:元）R10 1K 电位器 1 0.5R6,R5,R9,R3,R5，R8 10K,1K,20K 7 0.1R2,R13，R11 10K 电位器 3 0.5R4. 100K 电位器 1 0.5C1,C2 3300 uF 2 0.5C3,C4 0.47 uF 2 0.3C5,C6 1 uF 2 0.2C7,C8 220 uF 2 0.2D1 D2 D3 D4 D5 In4007 6 0.2D7 D8 2 0.2变压器 U2=1

10、5V 1三端稳压管 W7812 W7912Uo=12V 2 1.5五、安装与调试(一)安装依据已设计出的电路图，合理地在电路板上布局，拉线。在安装的过程中注意以下几点：1、电解电容的正负极不能接反；2、uA741 的各管脚不能接错；3、三端稳压管三个端的作用一定要分清,特别是 W7912；4、焊时拉线要直，焊点应均匀；5、电位器应先检查是否完整；6、稳压管注意 PN 极。（二）调试1、直流源动态调试- 10 -将变压器插头插至 220V 交流电后，开始测稳压管两端电压 Ui1 和 Ui2，最后测试 Uo1 和 Uo2。这几个步骤应按顺序进行，若其中某一个步骤出现问题，应及时停下进程，切断电源，

11、查找和想法排解故障。2、电流电压转换电路动态调试1、先用仿真软件将原理图仿真，观察其是否符合理论结果。仿真结果如下：可知原理图符合实验要求，达到预期结果。六、性能测试与分析(一)直流源性能测试与分析1、直流源性能测试在调试成功后，我们开始测试直流源各组成部分的电压。具体过程如下：测量值：(1).W7812 两端管压降：9.5V W7912 两端管压降：9.5V(2).+VCC: 12V -VCC: -12V2、直流源数据处理及误差分析： 1、数据处理：理论值：（1）W7812/W7912 两端管压降：9V 误差计算：=|9.5-9|/9100%=5.6%（2）稳压电压：+VCC:12V -VC

12、C:-12V误差计算：=|12-12|/12100%=0%；=|-12-（-12）- 11 -|/12100%=0%2、误差分析：（1） 、实验时读数不仔细引入实验误差；（2） 、实验仪器不够精确；（3） 、电子元件本身制作不精良；（4） 、焊接技术不够成熟，导致电路板没达到理想结果；（二）电流电压转换电路性能测试与分析。1. 电流电压转换电路性能测试1）.数据处理输入电流(mA) 第一级输出电压理论值（V）第一级输出电压实际值(V)第二级输出电压理论值(V)第二级输出电压实际值(V)4 -2 -1.97 -10 -9.885 -2.5 -2.62 -8.75 -8.656 -3 -2.95

13、-7.5 -7.518 -4 -3.99 -5 -5.010 -5 -4.98 -2.5 -2.5112 -6 -6.02 0 014 -7 -7.0 2.5 2.4516 -8 -7.88 5 4.8918 -9 -8.95 7.5 7.4820 -10 -9.91 10 9.85误差计算：当 I=4 mA 时， 1=|-9.88-（-10）|/10100%=2%当 I=12 mA 时， 2|0-0|/1100%=0%当 I=20 mA 时， 3|9.85-10|/10100%=1.5%2） 误差分析：（1） 、电子元件制作不精良；（2） 、焊接技术有待提高；（3） 、实验仪器本身存在误差,

14、集成运放不是理想的；（4） 、直流电源带负载能力有影响；（5） 、实验读数时不仔细引入实验误差。 七、结论与心得（1） 、由此实验可知，引入一个第一级增益为 1 的差动输入电路，第二级增益为 2.5 的电路可以实现电流到电压的转换。这个实验达到了设计要求，即1.将4mA20mA 的电流信号转换成 10V 的电压信号，以便送入计算机进行处理。这种转换电路以 4mA 为满量程的 0对应10V，12mA 为 50对应 0V，20mA 为100对应10V。- 12 -（2） 、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（12V）（3） 、在此次课程设计的之初，我们遭遇了很多障碍，感到无

15、法理出思绪，不知从何下手，经过查阅相关书籍及上网进入相关知识库搜索，咨询学长学姐，我们逐渐找到方向，突破了难点，初步确定理论知识，并画出电路图仿真。实验过程中，要克服很多的困难，最难的就是调试；同时由于焊接的电路板不是很方便接线，容易掉铜片，所以接线要格外小心。总之此次课程设计对我而言意义非凡，它让我找回了对此课程的兴趣，认识了自己的兴趣，加深了我对理论知识的理解，强化我的动手能力。最后感谢曾老师在这个过程中对我们的帮助及耐心指导！八、参考文献1、 电工电子实践指导 （第三版） ，王港元主编，江西科学技术出版社（2009）2、 电子线路设计、实验、测试 （第四版） ，罗杰，谢自美主编，电子工业出版社（2009）3、 电子技术课程设计指导 ，彭介华主编，高等教育出版社（2000）4、 555 集成电路实用大全 ，郝鸿安等主编，上海科学普及出版社5、 电子技术基础实验研究与设计 ，陈兆仁主编，电子工业出版社（2000）6、 毕满清主编，电子技术实验与课程设计 ，机械工业出版社。7、 用万用表检测电子元器件 ，杜龙林编，辽宁科学技术出版社（2001）8、 新型集成电路的应用 ，梁宗善，华中理工大学出版社（2001）9、 新颖实用电子设计与制作 ，杨振江等