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《模拟电子技术》课程设计说明书电压电流转换电路
学院：电气与信息工程学院
学生姓名：张磊
指导教师：龙卓珉职称/学位：讲师/硕士
专业：通信工程
班级：通信1302班
学号：1330440253
完成时间：2015年6月
《模拟电子技术》课程设计任务书
学院：电气与信息工程学院专业：通信工程指导教师龙卓珉学生姓名张磊课题名称电压电流转换电路
内容及任务一、设计任务
采用集成运算放大器设计一个将直流电压转换成直流电流的转换电路，分为0～5V/0～10mA,0～10V/0～10mA,－10V～＋10V/4～20mA三个档位，电路设计方案自行确定。
二、设计内容
1、电路设计方案比较；
2、电路参数分析计算和选择；
3、单元电路设计并进行分析；
4、实物制作；
5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）；
6、撰写设计报告。
拟达到的要求或技术指标一、基本要求与指标
1、输入为0～5V直流电压，输出为0～10mA的直流电流；
2、输入为0～10V直流电压，输出为0～10mA的直流电流；
3、输入为－10V～＋10V直流电压，输出为4～20mA的直流电流。
进度安排
起止日期工作内容
2015.5.20-5.23 电压电流转换电路资料的查找2015.5.24-5.29 电压电流转换电路的设计2015.5.30-6.10 电压电流转换电路的制作2015.6.11-6.25 电路板的调试2015.6.25-6.30 撰写说明书
主要参考资料[1] 康华光．电子技术基础（模拟部分）（第五版）．高等教育出版社, 2006；
[2] 邱关源．电路（第五版）．高等教育出版社,2006；
[3]郭万里，一种电压/电流和电流/电流转换电路的设计。科学咨询报。2007
指导
教师
意见签名：
年月日教研室
意见
签名：
年月日
该设计介绍了电压电流转换电路的工作原理，它是一种简易转换电路，主要是采用一些简单的电器组合而成。电路是由直流稳压电源，电压比较电路，放大电路组成。直流稳压电源为单相小功率电源，它还将频率为50Hz,有效值为220V 的单相交流电压转换为幅值稳定，输出电流为几十安以下的直流电压。单相交流电经过电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路转换为稳定的直流电压。电压电流转换电路主要是利用放大器对输入电压进行放大或者衰减，在最终的电压输出端接入一个适当的电阻从而将输出电压转换为预期大小的电流。
关键词：电压电流转换电路；直流稳压电源。
1 绪论 (1)
2 直流稳压电源 (2)
2.1直流稳压电源的设计 (2)
2 .1.1 整流电路 (2)
2 .1.2 滤波电路 (3)
2 .1.3 稳压电路 (3)
2 .2 直流稳压电源电路参数确定 (3)
2 .2.1 三端集成稳压器的选择 (3)
2 .2 .2 整流电路参数选择 (4)
2 .2 .3 确定变压器容量和次级电压 (4)
2 .2 .4 滤波电容容量和选择 (4)
2.3 制作与调试 (4)
2.3.1 制作 (4)
2.3.2 调试注意事项 (5)
2.3.3 调试与测量 (5)
2.3.4误差分析 (5)
3 电压电流转换电路设计方 (6)
3.1 方案论证 (6)
3.2 单元电路的原理及元器件参数计算与选择 (8)
3.2.1 LM324组成的电压比较电路 (8)
3.2.2 放大电路 (9)
3.2.3参数设计 (9)
3.3 电压电流转换设计的仿真与制作 (11)
3.3.1仿真电路的建立与测试 (11)
3.3.2 0-5V/0-10mA (11)
3.3.3 0-10V/0-10mA (12)
3.3.4 -10～10V/4～20mA (13)
3.4 制作 (13)
4 测试 (14)
4.1 调试 (14)
4.2 测量结果 (14)
4.3 误差分析 (15)
5设计总结与体会 (15)
参考文献 (16)
致谢 (17)
附录……………………………………………………………………………
附录A 使用说明 (18)
附录B元件清单 (18)
附录C 实验电路仿真图 (19)
附录D 实物图 (21)
1绪论
由于物理学的的重大突破，电子技术在20世纪取得了惊人的进步，电子技术是对电子信号进行处理的技术，电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，它更是是否学好电类专业的关键之一。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器件的原理、电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件及基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。
在工业控制和许多传感器的应用电路中,摸拟信号一般是以电压形式输出。但在以电压方式长距离传输模拟信号时,信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减,信号接收端的输入电阻越低,电压衰减越大。为了避免信号在传输过程中的衰减,可增加信号接收端的输入电阻,但信号接收端输入电阻的增加,导致传输线路抗干扰性能降低、易受外界干扰、信号传输不稳定，因此在长距离传输模拟信号时,不再采用电压输出方式,而应把电压输出转换成电流输出。另外许多常规工业仪表中,以电流方式配接也要求输出端将电压输出转换成电流输出。电压电流转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号,有利于信号长距离传输或满足工业仪表中电流配接的要求。
2 直流稳压电源
2.1 直流稳压电源的设计
2.1.1 整流电路
整流电路是把变压器变换后的交流电压1U 转换成脉动的直流电压2U 。此处我们选用单相桥式整流电路，它效率较高，使用比全波整流方便，变压器无需抽头，其原理图见图1。整流二极管承受的最大反向电压为整流二极管承受的最大反向电压为22U （2U 为ab 端电压的有效值），整流输出电压的平均值
20.9L U U =。整流二极管是两两轮流导通的，所以流过每只二极管的平均电流为
12/45.0R U I D =,电压电流波形图见图2。
图1 单相桥式整流电路图
图2桥式整流电路的工作波形
2.1.2 滤波电路
滤波电路是用来滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。由于该直流稳压源输出电流不需很大，且负载几乎没什么变化，所以我们选用结构较简单的电容滤波电路，电容滤波电路简单，负载直流电压L V 较高，纹波也较小。
滤波电容C 应满足： （1） 式中T 为输入交流信号周期；R 为整流滤波电路的等效负载电阻。整流滤波电路
原理图如图3所示。
图3整流滤波电路原理图
(3~5)2T C R
2.1.3 稳压电路
稳压二极管：稳压电路可以利用稳压二极管的反向击穿特性。利用pn 结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。
三端集成稳压器：三端集成稳压器是一种串联式调整式稳压器，内部设有过热、过流和过压保护电路。将整流滤波后的不稳定的直流电压接到三端集成稳压器输入端，经三端稳压器后在输出端得到某一值的稳定的直流电压。在本设计只需固定的12±V 和+5V 电源即可，因此选用固定三端稳压器。
2.2 直流稳压电源电路参数确定
2.2.1 三端集成稳压器的选择
因为要得到12±V 和+5V 的输出电压，且设计要求输出电流的最大值Iom=500mA ，所以选择的三端集成稳压芯片为LM7812、LM7912、LM7805。稳压器的输入电压L V 即滤波电路的输出电压。L V 太低则稳压器性能将受到影响，甚至不能正常工作；L V 太高稳压器功耗增大，会导致电源效率下降。L V 最低必须保证输入、输出电压之差大于2-3v 。同时考虑电网电压下浮10%时，滤波电容上的电压也会下浮10%。综合考虑以上因素，稳压器输入电压取L V =18V 。 2.2.2 确定变压器容量和次级电压
滤波电容上电压的平均值应取变压器次级电压的1.2倍，前面分析中稳压器输入电压取18v ，故变压器次级电压应为:V V 152.1/18= （2） 稳压器输出功率W mA V 350012=?（3）
稳压器自身功率W mA V V 3500)1218(=?-（4）
小功率变压器效率可达90%，则变压器容量为W W W 10%90/)36(=+（5）
2.2.3 整流电路参数选择
稳压器LM7812、LM7912所在的电路中,二极管最大反向工作电压：
V U U
rm
17414.112414.12=?=>
稳压器LM7805所在电路中，二极管最大反向工作电
压:V U U rm 21414.115414.12=?=?>
IN4001的反向击穿电压V U rm 50≥,额定工作电流I
om
A I >=1，故整流二极
管选用IN4001.
2.2.4 滤波电容容量和选择
滤波电容上的峰值电压为变压器上次级电压的峰值。由于变压器次级电压取15V ，则其峰值电压约为21.21V 。由于电解电容容易损坏，一般应使用其耐压值的80%，故滤波电容上的耐压应大于26.5V 。再考虑电网上波动，故滤波电容耐压值取30v 。因为003.05-,15,12o ==?==Sv mV p Uop V Ui V U ，
所以滤波电容为max 3846C o i i
I t I
C F U U μ===??，故取4700uF 、耐压为25V 的电解电容作为滤波电容 。
2.3 制作与调试
2.3.1制作
对电路进行组装，按照设计的电路，打印在PCB 板上，用钻孔机钻适当大小的孔，在PCB 板上插接元器件并焊接。焊接完毕后，对照电路图仔细检查，使用万用表看是否有错接、漏接、虚焊的现象。对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。
2.3.2 调试注意事项
（1）检测电源变压器的绝缘电阻，以防变压器漏电而危及人身及设备安全。 （2）电源变压器的初级和次级绕组不能接反，否则会损坏变压器或带来电源故障。
（3）整流二极管和滤波电容的极性不能接反，否则会损坏。
（4）集成三端稳压器的输入、输出和公共端不能接错，特别是公共端不能开路，否则可能导致负载损坏，若输入端和输出端接反，可能回击穿内部调整管。 （5）电路无短路现象。 2.3.3 调试与测量
（1）静态调试对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象。对照PCB 图，检查各元件是否接正确。
（2）输出电压的测量：接通220V 的电源，用数字万用表测电源电路输出电压，得到正电源输出电压为V 85.11+，负电源输出电压为V 00.12-。
2、内阻的测量，在输入交流为220V ，分别测得负载电流为0及最大值时的△VO ，即用开短路法可测得电源内阻。测得数据如下：
输出为+12V 时：V A V I O 85.11,23.0m =?=++（6） 输出为-12V 时:V A V I O 12,228.0m -=?=--（7）
则电源内阻为：
Ω==?=+
+
+
52.5123.0/85.11/A V I V R A o （8） Ω==?=+
-
-
63.52228.0/00.12/0A V I
V R A （9）
2.3.4 误差分析 误差计算：
%25.100.12/)00.1285.11(%-=-=+CC V
%000.12/)00.1200.12(%=-=-CC V %55.000.9/)00.995.8(%-=-=+CC V %78.000.9/)00.907.9(%=-=-CC V %100.5/)00.505.5(%=-=+CC V
%6.000.5/)00.503.5(%=-=-CC V 可能造成误差的主要因素有: a)元件本身存在误差；
b)焊接时，焊接点存在微小电阻；
c)万用表本身的准确度而造成的系统误差； d)测量方法造成的误差。
3电压电流转换电路设计
3.1 方案论证
方案一：
方案一采用高度集成芯片XTR111进行电压电流的转换，其原理框
图如图6所示。
图6 方案一原理框图
优点：XTR11芯片便于设计输入和输出范围，且非线性度很低，达到了0.002%，且精确度较高。
缺点：XTR11芯片输入电压较高，芯片所要求电压要达到24v ，不易人工调控，成本较高。
方案二
方案二采用豪兰德电流源电路进行转换，其基本原理图如图7所示。
图7方案二原理图
优点：通过集成运放构成反相比例运算电路，同相端输入通过R 接地，保证输入级差分放大电路的对称性，且负载电流与电压成线性关系。
缺点：结构简单，但变换的输入电压U 受运放的最大共模输入电压限制，实用性较低。 方案三
原理框图如图8所示。
输入电压 电流输出
输入电压
电压电流转换集成芯片
电流输出
电压比较器
放大电路
偏置电压
图8 方案三原理框图
该电路主要由运算放大器LM324、三极管2N5551以及其它辅助元件构成。该电路中，运算放大器起比较器作用,是将正相端电压输入信号与反相端电压进行比较,电压经运算放大器放大后再经三极管放大。优点：输出电流稳定，一个电路图能实现三种情况，不需要额外接入元件。缺点：在偏置电压与输入电压同为0V时会输出微弱电流，有一定的误差。
在最终的方案选择上，由于方案二结构简单，带变换的输入电压U受运放的最大共模输入电压限制，实用性较低，而方案三输出电流稳定，一个电路图能实现三种情况，不需要额外接入元件，但是在偏置电压与输入电压同为0V时会输出微弱电流，有一定的误差。在综合考虑了电路的性能指标，成本计算，可行性等方面，我们最终确定使用第三种方案。
电压电流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，且负载中的电流只取决于输入电压Vin和电阻R1之比，与负载电阻无关。转换后的信号是一个随输入电压变化的电流信号，在一定的负载范围内要求输入电流能够保持稳定，即具有恒流源特性。电压电流转换电路如图9所示。
图9 电压电流转换电路NI仿真图
3.2 单元电路的原理及元器件参数计算与选择
3.2.1 LM324组成的电压比较器：
电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。
集成运放我们选用LM324，其引脚及符号如图10所示。
图10 集成运放LM324引脚及符号
3.2.2放大电路
放大电路的功能是利用晶体管的控制作用，把输入的微弱电信号不失真的放到所需的数值，实现将直流电源的能量，部分的转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质是用较小的的能量去控制较大能量转换的一种能量转换装置。本设计根据电路需要的元器件以及功能特点，选用三极管2N5551 和电阻构成的放大电路，如上图9 所示，比较器输出接入2N5551 的基极，由射极输出。
3.2.3 参数设计
由运放性质(虚短虚断)可知:
-+=V V （10） 其中:
W
B W
C R I R I V )1(β+==-
（11）
令21R R =,可得
2/)(o in U U V +=+ (12) 由（式10）、（式11）及（式12）可得电流表显示的电流为： w o in C R U U I I 2/)(+== （13） 其中，三极管我们选用的型号是2N5551，运算放大器所选的是集成
运放LM324。故选取Ω=K R 104,保证三极管处于放大区间。并取
Ω==K R R 1021,Ω=307R ,Ω=K R 105。
① 0-5V/0-10mA/:
由（式13）知，V U O 0=,Ω=250W R ,
令V U U o in 0==,可得输出为0mA 的直流电流； 令V U in 5=,可得输出为10mA 的直流电流。
② 0-10V/0-10mA:
由（式13）知，V U O 0=,Ω=500W R ,
令V U U o in 0==,可得输出为0mA 的直流电流； 令V U in 10=,可得输出为10mA 的直流电流。
③ -10V- +10V/4-20mA:
由（式13）知，V U O 15=,Ω=625W R ,
令V U in 10-=,可得输出为4mA 的直流电流； 令V U in 10=,可得输出为20mA 的直流电流。
3.3 电压电流转换设计的仿真与制作
3.3.1 仿真电路的建立与测试
我们用multisim 建立电路模型，设置好电路以后，我们开始仿真。 3.3.2 0-5V/0-10mA ：
取偏置电压VDD 及输入电压VEE 为0V ，滑动变阻器R7取250Ω,如图11所示，电流表读数为14.211uA ，实际上应为0A 。
图11 电压电流转换电路仿真1
取偏置电压VDD 为0V ，输入电压VEE 为4V ，滑动变阻器R7取250Ω,如图12所示，电流表读数为7.962mA ，由公式（4）w
O in C R U U I I 2/)(+==可知理论值为8mA 。
图12 V/I 电路仿真2
3.3.3、0-10V/0-10mA ：
取偏置电压VDD 为0V ，输入电压VEE 为4V ，滑动变阻器R7取500Ω,如图13所示，电流表读数为3.979mA ，由（式4）w O in C R U U I I 2/)(+==可知理论值为4mA 。
图13 V/I 仿真3
取偏置电压VDD 为0V ，输入电压VEE 为9V ，滑动变阻器R7取500Ω,如图14所示，电流表读数为8.946mA ，由公式（4）w O in C R U U I I 2/)(+==可知理论值为9mA 。
图14 V/I 仿真4
3.3.4、－10～10V/4～20mA ：
由于在multisim 这个软件上滑动变阻器调节范围为1%，不能调至62.5%，所以我们将其调至62%。1)取偏置电压VDD 为15V ，输入电压VEE 为-10V ，滑动变阻器R7取625Ω,如图10所示，电流表读数为3.975mA ，由（式4）w O in C R U U I I 2/)(+==可知理论值为4.032mA 。
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： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：
电流电压转换电路 一、设计任务与要求 ①将4mA～20mA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 在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA为此，常要先将其转换成+10v 或—10v的电压信号，以便送给各类设备进行处理。这里转换电路以4mA为满量程的0%对 应-10V，12mA为50%对应0V，20mA为100%对应+10V。 方案一 、。
方案二 方案二所示的是由单个运放构成的电流/电压转换电路。由于运放本身的输入偏置电流不为零，因此会产生转换误差。 三、单元电路设计与参数计算 1、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）。 其流程图为： 直流电源电路图如下：
原理分析： (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应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压为30V的变压器。 (2)整流电路。 其电路图如下：
①原理分析： 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。 整流输出电压的平均值（即负载电阻上的直流电压VL）VL定义为整流输出电压vL 在一个周期内的平均值，即 设变压器副边线圈的输出电压为，整流二极管是理想的。则根据桥式整流电路的工作波形，在vi 的正半周，vL = v2 ，且vL的重复周期为p ，所以
常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制 电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压 同步信号采样电路即电网电压同步信号。 信号调 理 TMS320 LF2407A DSP 键盘显示 电路电压电流信号驱动电路保护电路 控制电路检测与驱动 电路主电路 图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 1.1常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1 常用电网电压采样电路 1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢 量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变 器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统 的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。< 由运放组成的V-I、I-V转换电路 1、0－5V/0－10mA的V/I变换电路 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V1，V1控制运放A2的输出电压V2，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：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω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，故运放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。 2、0－10V/0－10mA的V/I变换电路 图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出： 若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4，得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。 3、1－5V/4－20mA的V/I变换电路 在图3中．输入电压Vi是叠加在基准电压VB(VB=10V)上，从运放A1的反向输入VN 端输入的，晶体管T1、T2组成复合管，作为射极跟踪器，起到降低T1基极电流的作用(即 运放电压电流转换电路 LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020 运放电压电流转换电路1、 0－5V/0－10mA的V/I变换电路 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，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：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω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，运故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。 2、 0－10V/0－10mA的V/I变换电路 图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi- V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出： 若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4， 得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。 3、 1－5V/4－20mA的V/I变换电路 在图3中．输入电压Vi是叠加在基准电压VB(VB=10V)上，从运放A1的反向输入VN端输入的，晶体管T1、T2组成复合管，作为射极跟踪器，起到降低T1基极电流的作用(即忽略反馈电流I2)，使得IL≈I1，而运放A1满足VN≈Vp，如果电路图中R1＝R2＝R，R4＝R5＝kR，则有如下表达式： 2常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM ）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图 2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点 .1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未 因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成， 实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。 C 4=1找到引用源。< 几个常用的电压电流转换电路 I/V转换电路设计 1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 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，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。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+（R3+Rw） R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、V I 变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入 电流信号转换为电压信号的方法 由于应用和原理的不同，电流信号的输出，如传感器变送器输出的4~20mA，需要变换成电压以利于后续驱动或采集。对于不同的电流信号，考虑功率问题，有的需要先经过电流互感器将大电流变小，否则大电流容易在电阻上产生过大的功率。 下面介绍几种I/V变换的实现方法。 分压器方法 利用如图1分压电路，将电流通入电阻。在电阻上采样出电压信号。其中，可以使用电位器调节输出电压的大小。这种方法最简单，但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。 利用如图1分压电路，将电流通入电阻。在电阻上采样出电压信号。其中，可以使用电位器调节输出电压的大小。这种方法最简单，但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。 霍尔传感器方法 使用霍尔效应，在元件两端通过电流I，并在元件垂直方向上施加磁感应强度B的磁场，即会输出电压。由下面的公式获得线性关系。 其中，RH为霍尔常数，I为输入电流，B为磁感应强度，d为霍尔元件厚度。 这种方法多用于对电流的测量，虽然也可以实现转换，但是精度有限。 积分电路方法 电压可以看作是电流的积分，利用如图电路有： 为保证精度，选取运放时尽量找输入阻抗大的。该电路常用于PID调节，积分电路成熟且放大倍数和精度较好。但要注意这种电路输出电压和输入电流的相位是相反的。 运放直接搭接的方法（跨阻放大器） 充分利用运放“虚短”和“虚断”的概念，将电流转换为电压信号，如图电路 电流通过电阻，在电阻上产生压降，建立起电压和电流的关系为 这种方法避免了运放输入失调电压和输入偏置电流和失调电流影响带来的积分误差。也避免了电容的漏电流带来的误差。但未获得稳定的高精度放大，对电阻和运放的精度要求较高。 三极管方法 三极管同样具有放大能力，但应用上多采用运放。电路如图 下面以实际的例子叙述整个实现过程。 尝试将一个0~5A信号转换为0~5V信号。最简单的是加一个1欧的电阻，但这样发热功率过大，所以需要采用电流互感器将原先的电流变小。按照一般互感器指标是输入0~10A信号，变比为200：1，即0~5A的信号变为0~25mA。下面采用运放直接搭接的方法实现转换。考虑到相位的问题，对电路作了改进。利用50欧电阻在正端产生 的电压与负端相等的条件，并利用运放的放大功能，实现最终要求的。如图。另外，用集成运放OP27为的是得到更高的运算精度；50欧的电阻是前端互感器带负载要求。 运放电压电流转换电路1、 0－5V/0－10mA的V/I变换电路 ? 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，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：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω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，运故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。 ? 2、 0－10V/0－10mA的V/I变换电路 ??? 图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出： ? ??? 若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4， ??? 得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf ＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。 ? 3、 1－5V/4－20mA的V/I变换电路 电压频率与频率电压 转换电路 2011年8月24日 目录： 摘要： (2) Abstract: (2) 一、设计方案 (3) （一）、电压频率转换电路 (3) 1.基于555定时器的电压频率转换： (3) 2.基于LM331的电压频率转换： (4) （二）、频率电压转换电路 (5) 1.基于LM2907的频率电压转换： (5) 2.基于LM331的频率电压转换 (5) 二、主体电路设计 (8) 三、电路安装 (9) （一）、电压频率转换电路 (9) （二）、频率电压转换电路 (10) 四、系统调试： (10) （一）VFC: (10) （二）FVC： (11) 1 摘要： 本系统利用了LM331的原理及性能设计了频率电压以及电压频率转换电路，实现了0Hz--10kHz频率与0—10V电压的相互转换，电路简单，转换结果线性度好。 关键字：LM331 频率电压转换滤波 Abstract: The system uses the principle and characteristic of LM331 to design the frequency-to-voltage and the voltage-to- frequency conversion circuits, realizes the frequency of 0Hz--10kHz and the voltage of 0 - 10V’s transformation , the circuits are simple and result have good linearity. Key-word: LM331 frequency voltage transformation filter 2 实用的4～20mA输入/0～5V输出的I／V转换电路 2008-10-25 07:18:28 标签：实用4～20mA输入0～5V输出I／V转换电路 最简单的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路 在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器(变送器)输出的1-10mA或者4-20mA电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，图1就是这种电路最简单的应用示意图。 仅仅使用一只I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照Vin／I=R求出，Vin是单片机需要的满度A／D信号电压，I是输入的最大信号电流。 这种电路虽然简单，但是却不实用，首先，其实际意义是零点信号的时候，会有一个零点电流流过取样电阻，如果按照4~20mA输入电流转换到最大5V电压来分析，零点的时候恰好就是1V，这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。可是这样一来。其有用电压就会剩下5-1=4V而不是5V了。由于单片机的A／D 最大输入电压就是单片机的供电电压，这个电压通常就是5V，因此，处理这种简单的输入转换电路时比较麻烦。为了达到A／D转换的位数，就会导致芯片成本增加。 LM324组成的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路 解决上面问题的简单方法是在单片机输入之前配置一个由运算放大器组成的缓冲处理电路，见图2。 增加这级运算放大器可以起到对零点的处理会变得更加方便，无需耗用单片机的内部资源，尤其单片 机是采用A／D接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证A/D转换位数的资源能够全部应 用于有用信号上。 以4～20mA 例，图B中的RA0是电流取样电阻，其值的大小主要受传感变送器供电电压的制约，当前 级采用24V供电时，RA0经常会使用500Ω的阻值，对应20mA 的时候，转换电压为10V，如果仅仅需要最 大转换电压为5V，可以取RA0=250Ω，这时候，传感变送器的供电只要12V就够用了。因为即使传送距离 达到1000米，RA0最多也就几百Ω而已。 同时，线路输入与主电路的隔离作用，尤其是主电路为单片机系统的时候，这个隔离级还可以起到保 护单片机系统的作用。 I/V转换电路设计1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 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，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。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+(R3+Rw) R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、V I 变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入信号提供相应的电流，在某些场合无法满足这种需要。 1 、基于运算放大器的基本VI变换电路为了保证负载电阻不影响电压/电流的变换关系,需要对电路进行调整,如图1是基于运算放大器的基本VI变换电路。利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0；因此流过Ri的电流： Ii=Ui R 2常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 信号调 理TMS320 LF2407A DSP 键盘显示 电路电压电流信号驱动电路保护电路 控制电路检测与驱动 电路主电路 图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 2.1常用电网电压同步采样电路及其特点 2.1.1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K ，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。< 电压频率和频率电压转换电路的设计 图1 数字测量仪表电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。（2）F/V转换电路F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。1、1设计要求设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。1、2 设计指标(1）输入为直流电压0- 10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。 （2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。2 设计内容总体框图设计2．1 V/F转换电路的设计2、1、1 工作原理及过程积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。 通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值。 矩形波的振荡频率2、1、2 模块功能积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。滞回比较器：用来输出矩形波，积分器得到的三角波可触发比较器自动翻转形成矩形波。稳压管：用来确定矩形波的幅值。 图2 总体框架图2、2 功能模块的设计2、2、1 积分电路工作原理积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。由于同相积分电路的共模输入分量大，积分误差大，应用场合少，所以不予论述，本课程设计用到的是反相积分电路。图3 积分器反相积分电路如图3 所示，电容器C 引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流电压均采用瞬时值符号。由电路得因为“-”端是虚地，即U-=0,并且式中是积分前时刻电容C上的电压，称为电容端电压的初始值。所以把代入上式得当时若输入电压是图所示的阶跃电压，并假定,则t>=0时，由于，所以由此看出，当E为正值时，输出为反向积分，E对电容器恆流充电，其充电电流为E/R，故输出电压随线性变化。当向负值方向增大到集成运放反向饱和电压时，集成运放进入非线性工作状态，保持不变，图3所示。 如输入是方波，则输出将是三角波，波形关系如图4所示。当时间在0～期间时，电容放电当t=1时，当时间在～期间时，电容充电，其初始值所以当 t= 时，。 I/V转换电路设计 1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V 的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 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，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。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+(R3+Rw) R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、VI变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入信号提供相应的电流，在某些场合无法满足这种需要。 1、基于运算放大器的基本VI变换电路为了保证负载电阻不影响电压/电流的变换关系,需要对电路进行调整,如图1是基于运算放大器的基本VI变换电路。利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0；因此流过Ri的电流： Ii=Ui R -mA电流信号转成-V或-V电压信号 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 4-20mA电流信号转成0-5V或0-10V电压信号 1、电流信号转成电压信号，或电压信号转成电流信号，实质就是信号传输中的阻抗变换问题； 2、信号传输阻抗匹配，就是满足信号源输出最大信号能量的条件； 3、信号传输阻抗匹配，就是信号传输能流最大、衰减最小、畅通无阻、失真变形最小； 4、电流信号转成电压信号，就是低阻抗传输转换为高阻抗传输； 5、这种阻抗变换，一定要通过阻抗变换设备、阻抗变换电路来实现； 6、常用阻抗变换的设备有阻抗变换变压器，例如音响系统的输入输出变压器； 7、常用阻抗变换电路，如射极输出电路，在模拟电子电路中经常用作输出级、输入级、中间转换级等； 8、超高频闭路电视系统，信号分流用的三通、四通分配器，就是信号匹配阻抗转换器，通过它实现闭路电视系统的阻抗匹配，否则信号将受阻传不出去，或信号失真变形；9、4-20mA电流信号转成0-5V或0-10V电压信号，用什么样的阻抗变换电路、设备，关键看信号的性质，是高频还是低频，是交流还是直流； 10、这种在电流信号回路中串入电阻的方法，是错误的，不可取的，是不懂信号传输匹配意义的做法； 并电阻没问题的,我们经常这样转化,加250欧姆电阻转换成1-5V,加500欧姆电阻转换成2-10V,至于0-1V,0-2V这两个范围几乎不用,完全能够达到控制要求 简单化:4-20MA的信号输出并联一个315欧姆的电阻，就可以转换为1.3-6.3伏的电压信号.再串联两只二极管(降压1.3),就可以转换为0-5伏的电压信号. 推荐4个实用的4-20mA输入/0-5V输出的I／V转换电路 一、最简单的4～20mA输入/1～5V输出的I／V转换电路应用示意图 由于应用和原理的不同，电流信号的输出，如传感器变送器输出的4~20mA，需要变换成电压以利于后续驱动或采集。对于不同的电流信号，考虑功率问题，有的需要先经过电流互感器将大电流变小，否则大电流容易在电阻上产生过大的功率。 下面介绍几种I/V变换的实现方法。 分压器方法 利用如图1分压电路，将电流通入电阻。在电阻上采样出电压信号。其中，可以使用电位器调节输出电压的大小。这种方法最简单，但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。 霍尔传感器方法 使用霍尔效应，在元件两端通过电流I，并在元件垂直方向上施加磁感应强度B的磁场，即 会输出电压。由下面的公式获得线性关系。 其中，RH为霍尔常数，I为输入电流，B为磁感应强度，d为霍尔元件厚度。 这种方法多用于对电流的测量，虽然也可以实现转换，但是精度有限。 积分电路方法 电压可以看作是电流的积分，利用如图电路有： 为保证精度，选取运放时尽量找输入阻抗大的。该电路常用于PID调节，积分电路成熟且放大倍数和精度较好。但要注意这种电路输出电压和输入电流的相位是相反的。 运放直接搭接的方法（跨阻放大器） 充分利用运放“虚短”和“虚断”的概念，将电流转换为电压信号，如图电路 电流通过电阻，在电阻上产生压降，建立起电压和电流的关系为 这种方法避免了运放输入失调电压和输入偏置电流和失调电流影响带来的积分误差。也避免了电容的漏电流带来的误差。但未获得稳定的高精度放大，对电阻和运放的精度要求较高。 三极管方法 三极管同样具有放大能力，但应用上多采用运放。电路如图 下面以实际的例子叙述整个实现过程。 尝试将一个0~5A信号转换为0~5V信号。最简单的是加一个1欧的电阻，但这样发热功率过大，所以需要采用电流互感器将原先的电流变小。按照一般互感器指标是输入0~10A信号，变比为200：1，即0~5A 的信号变为0~25mA。下面采用运放直接搭接的方法实现转换。考虑到相位的问题，对电路作了改进。利用50欧电阻在正端产生的电压与负端相等的条件，并利用运放的放大功能，实现最终要求的。如图。另外，用集成运放OP27为的是得到更高的运算精度；50欧的电阻是前端互感器带负载要求。 功率P-FET控制器LTC4414 LTC4414是一种功率P-EFT控制器，主要用于控制电源的通、断及自动切换，也可用作高端功率开关。该器件主要特点：工作电压范围宽，为3.5～36V；电路简单，外围元器件少；静态电流小，典型值为30μA；能驱动大电流P沟道功率MOSFET；有电池反极性保护及外接P-MOSFET的栅极箝位保护；可采用微制器进行控制或采用手动控制；节省空间的8引脚MSOP封装；工作温-40℃+125℃。 图1 LTC4414的引脚排列引脚排列及功能 LTC4414的引脚排列如图1所示，各引脚功能如表1所示。 图2 LTC4414结构及外围器件框图 基本工作原理 这里通过内部结构框图及外接元器件组成的电源自动切换电路来说明其工作原理。内部结构框图及外围元器件组成的电路如图2所示。其内部结构是由放大器A1、电压/电流转换电路、电源选择器（可由VIN端或SENSE端给内部电路供电）、模拟控制器、比较器C1、基准电压源（0.5V）、线性栅极驱动器和栅极电压箝位保护电路、开漏输出FET及在CTL 内部有3.5μA的下拉电流源等组成。外围元器件有P沟道功率MOSFET、肖特基二极管D1、上拉电阻RPU、输入电容CIN及输出电容COUT。 图2中有两个可向负载供电的电源（主电源及辅电源），可以由主电源单独供电，也可以接上辅电源，根据主、辅电源的电压由LTC4414控制实现自动切换。这两种供电情况分别如下。 1 主电源单独供电 主电源单独供电时，电流从LTC4414的VIN端输入到电源选择器，给内部供电。放大器A1将VIN和VSENSE的差值电压放大，并经过电压/电流转换，输出与VIN－VSESNSE 之值成比例的电流输入到模拟控制器。当VIN－VSESNE>20mV时，模拟控制器通过线性栅极驱动器及箝位保护电路将GA TE端的电压降到地电平或到栅极箝位电压（保证-VGS≤8.5V），使外接P-MOSFET导通。与此同时，VSESNE被调节到VSESNE=VIN－20mV，即外接P-MOSFET的VDS=20mV。P-MOSFET的损耗为ILOAD×20mV。在P-MOSFET导通时，模拟控制器给内部FET的栅极送低电平，FET截止，STAT端呈高电平（表示P-MOSFET 导通）。 2 加上辅电源 当加上辅电源（如交流适配器）后，如果VSESNE> VIN+20mV，则内部电源选择器由SENSE端向内部电路供电。模拟控制器使GA TE端电压升高到VSENSE，则P-MOSFET截止，辅电源通过肖特基二极管D1向负载供电。这种电源切换是自动完成的。 在辅电源向负载供电时，模拟控制器给内部FET的栅极送高电平，FET导通，STAT端呈低电平（表示辅电源供电）。上拉电阻RPU的阻值要足够大，使流过FET的电流小于5mA。 电流电压转换电路模拟电路课程设计 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 3.20电流/电压转换电路一．实验目的 掌握工业控制中标准电流信号转换成电压信号的电流/电压变换器的设计与调试。 二．实验原理 在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA，为此，常要先将其转换成±10V；的电压信号，以便送给各类设备进行处理。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。参考电路见图3-20-1所示。 图中A 1运放采用差动输入，其转换电压用电阻R 1 两端接电流环两端，阻值用 500Ω，可由二只1KΩ电阻并联实现。这样输入电流4mA对应电压2V，输入电 流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R 2,R 3 ,R 4 和R 5 +R W 阻值相等。这里选R 2 =R 3 =R 4 =10KΩ；选R 5 =9.1KΩ，R W1 =2K Ω。R w1 是用于调整由于电阻元件不对称造成的误差，使输出电压对应在-2V~-10V。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A 2 级增益为 20V/8V=2.5倍，又输入电流为12mA时，A 1 输出电压为-12mA×0.5mA=-6V.此时 要求A 2输出为0V。故在A 2 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R 6 =R 7 =10KΩ，R 9 =22KΩ， R W2=5KΩ，R 8 =R 6 //R 7 //R 9 =4KΩ，取标称值R 8 =3.9KΩ。 模拟电路课程设计报告设计课题：电压—频率转换电路 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间： 题目电压—频率转换电路 一、设计任务与要求 1．将输入的直流电压（10组以上正电压）转换成与之对应的频率信号。 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）。 （提示：用锯齿波的频率与滞回比较器的电压存在一一对应关系，从而得到不同的频率.） 二、方案设计与论证 用集成运放构成的电压—频率转换电路，将直流电压转换成频率与其数值成正比的输出电压，其输出为矩形波。 方案一、采用电荷平衡式电路 输入电压→积分器→滞回比较器→输入 原理图： 方案二、采用复位式电路 输入电压→积分器→单限比较器→输出 原理图： 通过对两种转换电路进行比较分析，我选择方案一来实现电压—频率的转换。方案一的电路图简单，操作起来更容易，器件少，价钱也更便宜，且方案一的线性误差小，精度高，实验结果更准确，所以我选择方案一。 三、单元电路设计与参数计算 1、电源部分： 图1 电源原理图 单相交流电经过电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。 直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压。 为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。 交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。 取值为： 变压器：规格220V~15V 整流芯片：LM7812、LM7912 整流用的二极管：1N4007 电解电容：3300uf C2、C3：0.1uf C4、C5：0.47uf C7、C8：220uf 发光二极管上的R：1KΩ 2、电压—频率转换部分： ○1积分器： 几个常用的电压电流转换电路 I/V转换电路设计 1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋ Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为：可以调节输出电压范围））（Rw+=Ii?（R1Rw Vo使得输入电流与输出电压之输出电压随负载的变化而变化，缺点是：间没有固定的比例关系。优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， I/V转换电路2、由运算放大器组成的原理：使其产生热稳定性好）先将输入电流经过一个电阻（高精度、 ，将输入、输一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器）然后经一使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。出隔离开来，级电容。pf应为滤除高频干扰，C1输出。（或放大器）个电压跟随器． 电路图如下所示： 输出电压为：)(RwR3+)R4?(1+=VoIiR1可以调节放大倍数。注释：通过调节Rw但输入电压受提供芯片电压的影响即有负载不影响转换关系，优点：输出电压上限值。因是从运算放大器A1的同相输入端输入的，要求：电流输入信号IiOP-27OP-07、此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，为高精度、热稳定性较好的电阻。R4等。转换电路设计V/I 原理：、V I 变换电路的基本原理：1Ui，如果保Io最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：=R我们很快发现这样但是，证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。由于不可避免负载电阻的存在，一方面接入负载后，的电路无法实用，发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输几种常见的电压电流转换电路
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