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3-20-1 电流/电压变换电路
O
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1K Ω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=10K Ω；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。
反相加法器引入电压为6V ，通过稳压管经电阻分压取得。稳压管可选稳定电压介于6~8V 间的系列。这里取6V2，稳定电压为6.2V 。工作电流定在5mA 左右。电位器电流控制在1~2mA 左右。这里I RW3=6.2V/2K=3.1mA 。 则有 （12V-VZ ）/R 10=I Z +I RW3 故
ΩK 71.0=1
.3+52
.612=I +I V V 12=
R 3RW Z Z 10
取标称值R10=750Ω.式中12V为电路工作电压。
R W2用于设置改变增益或变换的斜率(4mA为-10V，20mA为+10)，通过调整R W2使变换电路输出满足设计要求。
三．设计任务
1．预习要求
熟悉有关运放的各类应用电路，按设计要求写出设计过程和调试过程及步骤。
2．设计要求
（1）基本要求
将标准电流环输出电流4mA~20mA转换为标准电压±10V。12mA对应0V。试设
计实现这一要求的电流/电压转换电路，误差控制在5%以内，电路工作电源取±12V
或±15V。
（2）提高要求
设计一电压/电流变换电路，±10V对应20mA，0V对应12mA，-10V对应4mA，
可查询或参考其他有关资料。
四．调试步骤
1．根据原理自拟调试步骤。建议逐级调试，直至最后输出达到指标要求。
2．拟定5~10个测试点，取点应均匀，作出电流电压变换特性曲线。
五．实验报告要求
1．设计好的电路图
2．调试步骤
3．关系曲线
4．最终完成的电路图
六．思考题
1．A1运放构成差动输入，若将同相端与反相端对调，可行吗？若行，试给出相应的变换电路
2．按本实验方式设计一个电压/电流变换电路，将±10V电压转换成4~20mA的电流信号。
七．仪器与器件
1．仪器
双踪示波器1台
多路稳压电源1台
数字万用表1块
实验板1块
2．器件
OP07 2只
6V2 1只
5K多圈电位器1只
2 K多圈电位器2只
电阻、导线若干
