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UI转换器的原理、设计与应用摘要:为解决大张庄泵站原有的一些老式仪表或传感器的输入、输出信号与H9000计算机监控系统中下位机LCU柜中的输入、输出继电器进行连接,本文提出U/I转换器对原有的电压、电流信号进行转换。
这可以使老式装备同现代化的计算机操作系统有机的结合在一起,使泵站的自动化水平再上一个新台阶。
关键词:泵站计算机U/I转换器1、U/I 转换器原理U/I转换器是将电压转换为电流的转换器,它不但要求输出电流与输入电压具有线形关系,而且要求输出电流随负载电阻的变化所引起的变化量不超过允许值,即转换器具有恒流性能。
图1为非隔离型的U/I转换器原理图。
图1 非隔离型U/I转换器原理图2、U/I转换器电路的设计这个电路（见图2）是一个非隔离型的U/I转换电路。
它由输入电压的分压放大环节,基准电压的分压环节,输入电压、基准电压、反馈电压的比较环节,反馈环节,倒相放大环节,电流输出环节。
2.1 输入电压的分压放大环节它由主要元件运算放大器LM385和分压器P1构成,如图2种输入电压的分压放大环节所示。
首先,输入电压Ui经过由R0和R1组成的的分压电路,这样做的目的是为了增大输入电流的输入范围,分压公式为:（1）这样Ui1就成为了运算放大器LM358的正相输入。
运算放大器的反相输入端接入反馈信号。
反馈回路由分压器P1,电容C1,电阻R2和电阻R3组成。
分压器P1的调节对运算放大器的输出有着微小的调节作用,它对输入电压的调零起到了微调的作用。
电容C1的作用是去掉放大过程中的交流干扰信号。
2.2 基准电压的分压环节它由-5V稳压管和分压器P2构成,如图2中基准电压的分压环节所示,由于-5V稳压管的作用,U1节点上的电压为-5V,这是一个恒定值。
再经分压管P2的分压作用,得到一个小于或等于U1（-5V）的电压U2,这个U2就作为基准电压接到下一级比较器的正相端.2.3 比较环节它由运算放大器LM741、分压器P3和电容C2构成,如图2中的比较环节可了解这个结构。
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。
电压电流转换器的用途是电压电流转换器是一种电子设备，用于将电流和电压之间相互转换。
它具有广泛的应用，下面我将详细介绍其主要用途。
第一个用途是电力系统中的电压电流转换。
在电力系统中，需要将高电压的能量转换为较低电压的能量，以满足不同设备的电能需求。
转换器可以将高电压传输线上的电能转换为低电压用于各种设备供电，例如家庭用电、工厂设备等。
同时，转换器也可以将低电压的能量转换为高电压，以用于电力传输和长距离供电。
第二个用途是电子设备中的电压电流转换。
很多电子设备的工作原理需要不同电压和电流的输入，因此需要将电源提供的电压电流转换为设备所需的特定值。
转换器可以根据设备的工作要求，将电压电流进行调整和转换，以满足设备的工作需求。
这样可以确保设备正常运行，并且保护设备免受电压过高或过低的损害。
第三个用途是能源转换。
随着可再生能源的快速发展，如太阳能和风能等，转换器在能源转换中起着重要的作用。
这些可再生能源产生的电能一般是直流电，而大部分电器设备使用的是交流电。
因此，需要使用转换器将直流电转换为交流电，以便供应给各种家用电器和工业设备。
此外，转换器还可以将不同类型的能源转换为电能，以实现能源的高效利用。
第四个用途是通信系统中的电压电流转换。
在通信系统中，需要将信号进行放大和转换，以确保信号传输的质量和稳定性。
转换器可以将低电压的信号放大，并将其转换为适用于传输的高电压信号。
同时，转换器还可以将数字信号转换为模拟信号，或者将模拟信号转换为数字信号，以满足不同类型通信设备的工作要求。
第五个用途是科学研究和实验中的电压电流转换。
在科学研究和实验中，经常需要对电压和电流进行精确测量和控制。
转换器可以将高电压和电流信号转换为低电压和电流信号，以便进行精确测量。
同时，转换器还可以将低电压和电流信号转换为高电压和电流信号，用于实验中需要较高能量输入的场景。
综上所述，电压电流转换器是一种重要的电子设备，其用途广泛。
它可以应用于电力系统、电子设备、能源转换、通信系统以及科学研究和实验等领域。
150KHz 40V 3A开关电流降压型DC-DC转换器XL1507特点⏹ 4.5V到40V宽输入电压范围⏹输出版本固定5V和ADJ可调⏹输出电压1.23V到37V可调⏹最大占空比100%⏹最小压差1.5V⏹固定150KHz开关频率⏹最大3A开关电流⏹内置功率三极管⏹高效率⏹出色的线性与负载调整率⏹EN脚TTL关机功能⏹EN脚迟滞功能⏹内置热关断功能⏹内置限流功能⏹内置二次限流功能⏹TO252-5L封装应用⏹LCD电视与显示屏⏹数码相框⏹机顶盒⏹路由器⏹通讯设备供电描述XL1507是一款高效降压型DC-DC转换器，固定150KHz开关频率，可以提供最高3A输出电流能力，具有低纹波，出色的线性调整率与负载调整率特点。
XL1507内置固定频率振荡器与频率补偿电路，简化了电路设计。
PWM控制环路可以调节占空比从0~100%之间线性变化。
内置使能功能、输出过电流保护功能。
当二次限流功能启用时，开关频率从150KHz降至50KHz。
内部补偿模块可以减少外围元器件数量。
图1.XL1507封装150KHz 40V 3A 开关电流降压型DC-DC 转换器 XL1507引脚配置EN GND SW VINFB 12345TO252-5LMetal Tab GND图2. XL1507引脚配置表1.引脚说明引脚号 引脚名称 描述1 VIN 电源输入引脚，支持DC4.5V~40V 宽范围电压操作，需要在VIN 与GND 之间并联电解电容以消除噪声。
2 SW 功率开关输出引脚，SW 是输出功率的开关节点。
3 GND 接地引脚。
4 FB 反馈引脚，通过外部电阻分压网络，检测输出电压进行调整，参考电压为1.23V 。
5 EN使能引脚，低电平工作，高电平关机，悬空时为低电平。
150KHz 40V 3A 开关电流降压型DC-DC 转换器 XL1507方框图EA1.23V ReferenceGNDFB3.3V 1.23VEA COMPOscillator 150KHz3.3V Regulator Start UpLatchCOMP2COMP1DriverThermal ShutdowninENSW220mV 200mV44m ΩCurrent LimitR2R1=2.5K5V R2=7.6KADJ R2=0 R1=OPENSwitch图3. XL1507方框图典型应用XL1507-5.0CIN 470uf 35VC1 105330uf 35VD1 L1 33uh/3A+12VLOAD13524GNDVINFBSWEN ON OFF 5V/3ACOUT 1N5820图4. XL1507系统参数测量电路（12V-5V/3A ）150KHz 40V 3A 开关电流降压型DC-DC 转换器 XL1507订购信息产品型号 打印名称封装方式包装类型 XL1507-ADJE1 XL1507-ADJE1 TO252-5L 2500只每卷 XL1507-5.0E1 XL1507-5.0E1TO252-5L2500只每卷XLSEMI 无铅产品，产品型号带有“E1”后缀的符合RoHS 标准。
信号转换器原理信号转换器，又称信号调理器或信号调理设备，是一种电子设备，其主要功能是将一种类型的信号转换为另一种类型，以便于信号的传输、处理、记录或显示。
信号转换器广泛应用于各种电子系统和仪器中，如通信系统、测量仪器、控制系统等。
本文将详细介绍信号转换器的原理，包括信号转换的必要性、信号转换器的类型和工作原理。
一、信号转换的必要性在电子系统中，信号往往需要在不同的电路或设备之间传输。
由于不同电路或设备的电气特性、信号幅度、阻抗等可能存在差异，直接连接可能导致信号失真、衰减或无法传输。
此外，信号处理、记录和显示设备往往对输入信号有一定的要求，如幅度范围、阻抗匹配等。
因此，为了实现信号在不同电路或设备之间的有效传输和满足后续处理要求，需要对信号进行转换。
二、信号转换器的类型信号转换器可根据转换的信号类型和转换原理进行分类。
常见的信号类型包括电压信号、电流信号、频率信号、数字信号等。
以下是一些常见的信号转换器类型：1. 电压-电流转换器（V/I转换器）：将电压信号转换为电流信号。
这种转换器常用于长距离传输，因为电流信号对线路电阻和干扰的敏感性较低。
2. 电流-电压转换器（I/V转换器）：将电流信号转换为电压信号。
这种转换器常用于将传感器的电流输出转换为电压信号，以便于后续处理和显示。
3. 频率-电压转换器（F/V转换器）：将频率信号转换为电压信号。
这种转换器常用于测量和控制系统中，将频率变化转换为电压变化以反映物理量的变化。
4. 模拟-数字转换器（ADC）：将模拟信号转换为数字信号。
ADC广泛应用于各种电子系统中，如数字音频、数字图像处理等，以实现模拟信号的数字化处理和存储。
三、信号转换器的工作原理不同类型的信号转换器具有不同的工作原理。
以下是一些常见信号转换器的工作原理简介：1. 电压-电流转换器（V/I转换器）：V/I转换器通常采用运算放大器和反馈电阻构成。
输入电压信号通过运算放大器放大后，驱动反馈电阻产生输出电流。
电流电压转换电路原理电流电压转换电路是电子电路中常见的一种电路，它可以将电流转换为电压或者将电压转换为电流。
在很多电子设备中，我们经常会遇到需要将电流和电压进行转换的情况，因此了解电流电压转换电路的原理是非常重要的。
电流电压转换电路的原理主要涉及到欧姆定律、基尔霍夫定律和电压分压定律等基本电路理论。
在电子电路中，电流和电压是两种基本的电气量，它们之间的转换可以通过电阻、电容、电感等元件来实现。
首先，我们来看一下电阻器。
电阻器是电子电路中最基本的元件之一，它的作用是阻碍电流的流动，从而产生电压降。
根据欧姆定律，电压与电流成正比，电阻的大小决定了电压和电流之间的关系。
因此，通过电阻器可以实现电流到电压的转换。
其次，电容器和电感是另外两种常用的元件，它们可以存储电荷和电能，并且可以对电流和电压进行相位延迟和相位提前的处理。
通过电容器和电感的组合，可以实现电流和电压之间的相位转换和大小转换。
此外，运放是电子电路中常用的集成电路元件，它具有高输入阻抗、低输出阻抗和大增益的特点，可以实现电流和电压的精确转换。
通过运放的放大和滤波功能，可以将微弱的电流信号转换为较大的电压信号，或者将高电压信号转换为小电流信号。
除了上述元件外，二极管、三极管等元件也可以实现电流电压转换的功能。
通过二极管的整流和反向截止特性，可以将交流电流转换为直流电压；而通过三极管的放大和开关特性，可以实现电流和电压的精确转换和控制。
总的来说，电流电压转换电路的原理涉及到电路的基本理论和各种电子元件的特性，通过合理的组合和控制，可以实现电流和电压之间的精确转换和调节。
在实际的电子设备中，电流电压转换电路广泛应用于传感器、放大器、滤波器、调节器等电路中，为电子设备的正常工作提供了重要支持。
综上所述，电流电压转换电路是电子电路中的重要组成部分，它通过各种电子元件的合理组合和控制，实现了电流和电压之间的精确转换和调节。
了解电流电压转换电路的原理对于理解和设计电子电路是非常重要的，希望本文能够对读者有所帮助。
实验七 电压/电流转换电路一、 实验目的1. 理解集成运算放大器的基本性质、特点，掌握使用方法。
2．理解运算放大器的线性应用特点，掌握运放的实际运用设计过程及相关元件参数的分析计算方法。
3.能利用运算放大器组成电压、电流转换电路，并完成电路的连接、调试、测量。
二、实验任务基本任务：1. 利用运算放大器设计电流/电压转换电路。
该电路输入为4mA～20mA的电流信号，输出对应为±10V的电压信号，且满足输入4mA为输出满量程的0% 对应-10V；12mA为输出满量程的50% 对应0V；20mA为输出满量程对应+10V。
2. 在模拟实验箱中完成电流/电压转换电路的连接、调试，并测量、记录相关数据。
扩展任务：1. 利用运算放大器设计电压/电流转换电路，实现将±10V电压到0~4mA电流的转换。
2. 在模拟实验箱中完成电压/电流转换电路的连接、调试，并测量、记录相关数据。
三、实验器材1．直流稳压电源 GP-4303P2．信号发生器 FG-7002C3．台式数字万用表 DM-441B4. 模拟电路实验箱TPE-2A四、实验原理在工业控制中，经常需要进行电压信号和电流信号的相互转换。
这种转换一般根据实际需求有确定的输入电流（电压）的数值，电路则必须满足输出电压（电流）数值与输入数值的对应关系。
例如，输入为4mA～20mA的电流信号，输出对应为±10V的电压信号，且满足输入4mA为输出满量程的0% 对应-10V；12mA为输出满量程的50% 对应0V；20mA为输出满量程对应+10V。
图7.1所示电路能够实现此功能。
即将4mA～20mA的电流信号转换为-10~+10V的电压信号输出。
图7.1图7.1电路中的I i为待转换的4mA～20mA的电流信号，该电流在电阻R1上产生与之成正比的电压信号U R1，自运放A1的反相输入端输入。
由于R 3和R 4中无电流通过，所以，运放A1的输入电压1i 1R I u u R i ⋅=≈，输出电压i f I f o I R R R u R R u ⋅⋅-=⋅-=211211。
目录[隐藏]∙ 1 应用∙ 2 原本的概念基础o 2.1 非电气领域：流量产生压力o 2.2 电气域：电压电流的原因o 2.3 无源版本的应用程序▪ 2.3.1 电流到电压转换器作为输出设备▪ 2.3.2 电流到电压转换器作为输入设备▪ 2.3.3 I至V转换为负反馈的V型，电流转换器的一部分o 2.4 非理想无源版本∙ 3 改进：有功电流电压转换器o 3.1 背后的活动版本的基本思路▪ 3.1.1 非电域：卸下相当于“抗干扰”的干扰，▪ 3.1.2 电气域：卸下电压相当于“反电压”o 3.2 运算放大器实现o 3.3 运算放大器电路的操作o 3.4 I-V的转换器与跨阻放大器∙ 4 参见∙ 5 参考资料∙ 6 外部链接应用常用的阻放大器在光通信接收器。
由一个光电探测器所产生的电流产生的电压，但在非线性的方式。
因此放大器具有低输入阻抗，以防止任何大的电压，并产生50欧姆信号（许多人认为，低阻抗）来驱动同轴电缆或电压信号进一步放大。
但要注意，最线性放大是由双极晶体管的电流放大，所以你可能要放大的阻抗转换前。
原本的概念基础非电气领域：流量产生压力在实体方面，有许多情况下压力量诱导通过一个障碍的一种物质流。
然而，也有相应的情况下，数量的流动诱导的障碍压力：机械（如果试图停止与他的身体，“流动的”汽车施加压力，他的障碍的移动车），气动（捏在中间的软管，你会看到一个压在夹点出现）。
在这种安排下，流量，压力，和属性类似的障碍是相互关联的的。
通常情况下，可变输出的压力成正比;这种方式，创建流的数量（转换为输入流，像之一）压力。
诱发的压力，一个障碍，必须在一个流动的数量方式。
[编辑]电气域：电压电流的原因图2。
被动的电流 - 电压的转换器的基础上电流会导致电压的现象。
建立电路。
同样，在电器的领域，如果通过电阻R（图2）流动的电流I，后者阻碍（抵抗）目前，作为一个结果，成比例的V R = RI电阻两端的根据当前出现原因电压制定欧姆定律（V = RI）。
电压电流转换器
将一个电压源信号线性地转换为电流源
信号，在仪器仪表及自动化系统设计中经常会遇
到。
有很多技术资料介绍了各种各样的电压电流
转换器（V/I 转换器），各有特色。
对这种电路的基本要求是：
1） 输出电流与输入电压成正比；
2） 输出电流为恒流源。
即当负载电阻在规定范
围内变化时，输出电流保持不变，；
3） 输出电流对电源变化、环境温度等的变化不
敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压
与输出电流共地。
一种典型的V/I 变换器要求将0~5V 输入电压线性地转换为0~20mA 电流源输出，
基本精度在0.2%以内；当负载在0~300Ω变化时，输出电
流变化应在规定精度之内。
笔者认为图1所示电路是最简单的一种。
一般资料的介绍仅限于：设图中电阻R1~R4相等，则输出电流Iout=Vin/R5，即输出电流正比于输入电压，与负载电阻（R6）大小无关。
当将此种电路用于批量化的产品时，由于元器件成本控制，电阻值不可避免的误差及电路其他参数的影响，往往使电路实际精度下降。
有的生产厂不得不选用其他较复杂的电路。
笔者介绍这种电路的实用化设计方法，供读者参考。
此种设计已用于批量产品中，有很好的性能价格比。
1 电路原理分析
图1中，R6是负载电阻，允许在一定范围内变化。
Iout 是输出电流。
据电路基本定律，对R1、R2支路，由图1可列出如下方程
V2*(1/R1+1/R2)=Vin/R1+V4/R2
或 V4=V2*(1+R2/R1)－Vin*R2/R1=V2*(1+α) －Vin*α， （1）
这里，已令 α=R2/R1。
如果忽略运放失调电压，运放正常工作时，其二输入端电压相等，对R3、R4支路，有 β
+=+=13433*32V R R R V V (2) 这里， β=R4/R3。
假定，R2＞＞R5，R2＞＞R6，即电阻R2对输出电流Iout 的分流作用可以忽略，对R5、R6支路，
γγ+=+=1*3656*34V R R R V V (3)
图1
或 ）（）（γ
γγ11*41*43+=+=V V V 这里， γ=R6/R5。
将（2）、（3）式代入（1）式， αβ
αγαβα*1)1(*)/11(*4*11*34Vin V Vin V V -+++=-++=）（ 解得， 11*1*/11*4-+++=
）（）（）（βαγαVin V (4) 对R6支路，有 Iout=V4/R6。
将（4）代入，进一步推导，可得
5/6*11*5*12*R R R R R Vin Iout ）（βααβ-+++= （5）
这里，α=R2/R1，β=R4/R3，同时要求R2＞＞R5，R2＞＞R6。
当α=β时，有 5*12*R R R Vin Iout = (6)
这是一种电路简单同时又有较高精度的电压（Vin ）/电流（Iout ）转换器。
其输出电流Iout 与负载大小无关。
图1是α=β=1时的特例。
设Vin 变化范围是0～5V ，要求输出电流范围是0～20mA 。
则可选R1= R3 =500k Ω，R2=R4=200 k Ω，R5=100Ω。
运算放大器可选LM358。
2 误差分析
简单地将（6）式用于批量产品是不行的，至少对转换精度不利。
原因是批量生产很难保证条件α=β，即R2/R1=R4/R3成立。
如果α≠β，对输出精度有多大影响？
（5）式是通用表达式，可改写为
5*12*R R R Vin Iout =*k （7）
这里， 5/6*11R R k ）（βααβ-+++= (8)
当α=β时，有k=1。
一般情况，电压电流转换器仅仅是我们产品的一小部分。
我们认为，在产品中，输出电流的零位及满度值调整是不难的。
问题是输出电流能否真正作到恒流，即当负载R6变化时，能否保证输出电流偏差仍旧在设定精度之内？负载R6的大小主要由用户决定，是一个变数。
设β=α*(1+δ)，其中δ是一个正或负的小数。
例如，δ=±0.05或δ=±0.01或δ=±0.005等。
则（8）式可改写为
5/611R R k αδααδα-+++=
一般，α≤1，δ＜＜1，故上式可近似简化为 ααδ++
+≈1*5611）（R R k
对前述典型应用：
Vin=0～5V ，Iout=0～20mA 。
取α=200 k Ω/500k Ω=0.4，
R5=100Ω，R6在0～300Ω范
围内取值，则对不同的δ值，可计算出k —R6曲线。
如以R6=250Ω时对应的k 值为1，则图2所示为ki=k(R6)/k(250Ω)曲线组。
其中，k1,k2,…k6
分别对应δ参数值是0.05, －0.05, 0.01, －0.01, 0.005, －
0.005。
从诸曲线可见，k 值最大偏差与δ值很接近。
对某级别精度x 的电阻，其δ值最大值
约为4x 。
举例如下：设R2实际值是标称值R20的下限，其精度是x ，则R2=R20（1-x ）；设R1实际值是标称值R10的上限，其精度是x ，则R2=R20（1+x ）；类似，设R4=R20(1+x)，R3=R10(1-x)。
α=R2/R1=R20(1+x)/R10(1-x) ≈R20/R10*(1+2x) ；类似，β=R4/R3≈R20/R10*(1-2x)。
可见，δ=β/α-1=(1-2x)/(1+2x)-1≈1-4x-1=-4x 。
按上述分析，R1～R4即使选0.5级精度的电阻，在批量生产电压电流转换器时，当输出负载有大的变化时，输出电流的变化最差时可能达到4*0.5=2级，即输出误差可能达到2%。
这对很多用户而言，都是不允许的。
3 实用化设计
从（5）式可见，只要α=β，即R2/R1=R4/R3，则输出电流与负载大小无关。
最简单的办法是用电位器来调节其中一个电阻，使α=β。
如图3。
图3实现Vin==0～5V 到Iout=0～20mA 的转换器。
调节W1，使条件R2/R1=R4/（R3+W1） 满足，则输出Iout 将与负载
R6的大小无关。
具体调试方
法可根据电路原理制定，不再
赘述。
正如前述，批量生产时
R1、R2、R5参数可能不标准，
由（7）式知，有可能使电压
电流转换器的传输比稍有偏
离。
但此比值不难在其他电路
中得到修正。
据此原理设计的
电路已成功用于产品，有很好
的性能价格比。
图3。
