电压电流转换器范文

电压电流转换器范文电压电流转换器范文 电压电流转换器范文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输入电基本精度压线性地转换为0 20mA电流源输出 在0 2 以内 当负载在0 300 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R 1 R2支路 由图1可列出如下方程V2 1 R1 1 R2 Vin R1 V4 R2这 里 已令 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R 3 R4支路 有V2 V3 R3V3 这里 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R 5 R6支路 V4 V3 R6V3 或V3 V4 1 1 V4 1 这里 R6 R5 将 2 3 式代入 1 式 V4 V3 1 V4 1 1 1 Vin Vin 1 1 Vi n 1 1 1 1 1 4 解得 V4 对R6支路 有Iout V4 R6 将 4 代入 进一步推导 可得Iout Vin R21 R1 R51 R6 R5 5 这里 R2 R1 R4 R3 同时要求R2 R5 R2 R6 当 时 有Iout Vin R2R1 R5 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 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 R2 R4 200k R5 100 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 即R2 R1 R4 R3成立 如果 对输出精度有多大影响 5 式是通用表达式 可改写为Iout Vin R2 kR1 R5 7 这里 k 1 1 R6 R5 8 当 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 1 其中 是一个正或负的小数 例如 0 05或 0 01或 0 005等 则 8 式可改写为k 1 1 R6 R5R6 R51 一般 1 1 故上式可近似简化为k 1 1 对前述典型应用Vin 0 5V Iout 0 20mA 取 200k 500k 0 4 R5 100 R6在0 300 范围内取值 则对不同的 值 可计算出k R6曲线 如以R6 250 时对应的k值为1 则图2所示为ki k R6 k 250 曲 线组 其中 k1 k2 k6分别对应 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 值很接近 对某级别精度x的电阻 其 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 R2 R1 R20 1 x R10 1 x R20 R10 1 2x 类似 R4 R3 R20 R10 1 2x 可见 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 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 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