电压电流转换电路.doc

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。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420ma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：滤波电路稳压电路整流电路电源变压器 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：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 ，所以上式也可用其它方法得到，如用傅里叶级数对图xx_01中vl的波形进行分解后可得式中恒定分量即为负载电压vl的平均值，因此有整流元件参数：在选择整流二极管时，主要考虑两个参数，即最大整流电流和反向击穿电压。在桥式整流电路中，二极管d1、d3和d2、d4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为在选择整流管时应保证其最大整流电流if id 。二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。在v2正半周时，d1、d3导通，d2、d4截止。此时d2、d4所承受的最大反向电压均为v2的最大值，即 同理，在v2的负半周，d1、d3也承受到同样大小的反向电压。所以，在选择整流管时应取其反向击穿电压vbr vrm 。(3)滤波电路。其电路图如下：电容滤波电路简单，负载直流电压vl较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。所以在选择电容时其耐压值应大于1.4v2，电容越大越好，其级别应在千uf以上。 (4)稳压电路。启动电路基准电压电路取样比较放大电路和调整电路保护电路对于本实验的稳压电路，主要使用了集成块：78系列。目前，电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器。这类集成稳压器的外形图如图1所示。78系列输出为正电压，输出电流可达1a，如78l系列和78m系列的输出电流分别为0.1a和0.5a。它们的输出电压分别为5v、6v、9v、12v、15v、18v和24v等7档。和78系列对应的有79系列，它输出为负电压，如79m12表示输出电压为12v和输出电流为0.5a。 图1 由于本实验要产生12v的恒流源，所以在选择集成块时选7812和7912。2.电流电压转换电路图中a1运放采用差动输入，其转换电压用电阻r1两端接电流环两端，阻值用500，可由二只1k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。a1设计增益为1，对应输出电压为-2v-10v。故要求电阻r2,r3,r4和r5+rw阻值相等。这里选r2=r3=r4=10k；选r5=9.1k，rw1=2k。rw1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a2输出为0。a2运放采用反相加法器，增益为2.5倍。取r6=r7=10k，r9=22k，rw2=5k，r8=r6/r7/r9=4k，取标称值r8=3.9k。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68v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12ma左右。这里irw3=6.2v/2k=3.1ma。则有（12v-vz）/r10=iz+irw3故取标称值r10=750.式中12v为电路工作电压。rw2用于设置改变增益或变换的斜率(4ma为-10v，20ma为+10)，通过调整rw2使变换电路输出满足设计要求。四、总原理图及元器件清单1总原理图2元件清单元件参数型号数量备注r13.9k1电阻r210k7电阻r322k1电阻rw12k1变位器rw25k2变位器dv6.2v6v21稳压管t1ua7412运放夹子15led红 绿2发光二极管五、安装与调试1.安装按照原理图将元器件焊在电路板上，焊接时应注意是否虚焊。 2.调试步骤：静态调试：1.用万用表测试电路板，看看是否有虚焊。2.用万用表测试直流电源的副边电压，整流电压，滤波电压，稳压块的输入电压，稳压块的输出电压。3.测试电路的静态工作点 即：ua741的静态工作点。当测试没有问题时才能进行动态调试。动态调试：1.按原理图所示接好电路 。2.在底座上插入ua741 ，且接通电源进行测试。3.调节对应变位器是结果尽可能接近要求值。4. 拟定10个测试点，取点应均匀，作出电流电压变换特性曲线六、性能测试与分析（1） 当i=4ma时4ma为满量程的0对应10v调节3个变位器使其值接近标准（2）12ma为50对应0v调节对应变位器到标准值。（3）20ma为100对应10v。调节对应变阻器到标准值。(二)、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用万用表的交流档50v量程测变压器原边、副边电压，再换直流25v电压档测量滤波电容输出电压，及稳压管输出电压可得以下数据：变压器原边电压：27v变压器副边电压：+13.5v和13.5v滤波电容输出电压：+17.5v和17.5v7812输出电压：+13v7912输出电压：12v误差计算：变压器原边电压：u=(3027)/30=10%变压器副边电压：u=(1513.5)/15=10%滤波电容输出电压：u=(1817.5)/18=2.8%lm7812输出电压：u=(1312)/12=8.3%lm7912输出电压：u=(1212)/12=0（三）误差分析1.正负电源不对称。2.电阻实际值与标注值不符。3.运算放大器不是理想运放。4.交流电压源不稳定。5. 数字毫伏表的灵敏度不够导致误差。七、结论与心得经过几个星期的努力，终于完成了电流电压转换电路及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的制作。首先它让我们懂得了团体合作的重要性。在做我们给定的课题过程中，我们分工合作，网上找资料，再整理资料，共同讨论方案的可行性和不足的地方，再对它进行改进，在这过程中我们体会到在学习或在工作中合作是很重要的。其次，它让我们对书本知识有进一步的理解。平时在学习课本上的知识时，觉得难以理解，对元件的认识也很浅。但经过这次的课程设计制作，我们自己去市场上购买自己需要的元件，增加了我们对元件的了解。再来，焊接直流电压源，看到很多同学焊接了两次，让我明白要想一次成功，必须掌握个个器件的作用，分清各个器件的管脚分部，经过几次布局，再加上认真确认管脚使我一次焊接成功。但避免不了的存在一定误差。 最后，电流电压转换电路的实现，焊接很顺利，就是调试时有一定难度，因为有三个变位器而且调试任何一个都会影响输出结果，还有实验室一般具备现成的电压源，没有现成的电流源，经过向同学请教一番，电流电压转换电路顺利实现。八、参考文献1、电工电子实践指导（第二版），王港元主编，江西科学技术出版社（2005）2、电子线路设计、实验、测试（第二版），谢自美主编，华中理工大学出版社（2000）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，杨振江等编，西安电子科大出版社（2000）。 物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表专业： 班级： 学号： 姓名： 课题名称电流电压转换电路设计任务与要求将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。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）。设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。（0-20分）电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。（0-10分）电路板测试合