電壓電流轉(zhuǎn)換器

電壓/電流轉(zhuǎn)換即V/I轉(zhuǎn)換，是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成滿足一定關(guān)系的電流信號，轉(zhuǎn)換后的電流相當一個輸出可調(diào)的恒流源，其輸出電流應能夠保持穩(wěn)定而不會隨負載的變化而變化。

一般來說，電壓電流轉(zhuǎn)換電路是通過負反饋的形式來實現(xiàn)的，可以是電流串聯(lián)負反饋，也可以是電流并聯(lián)負反饋。電路如下所示。

V/I轉(zhuǎn)換原理如圖。

由圖可見，電路中的主要元件為一運算放大器LM324和三極管BG9013及其他輔助元件構(gòu)成，V0為偏置電壓，Vin為輸入電壓即待轉(zhuǎn)換電壓，R 為負載電阻。其中運算放大器起比較器作用，將正相端電壓輸入信號與反相端電壓V-進行比較，經(jīng)運算放大器放大后再經(jīng)三極管放大，BG9013的射級電流Ie作用在電位器Rw上，由運放性質(zhì)可知:

V-= Ie·Rw= (1+ k)Ib·Rw

(k為BG9013的放大倍數(shù))

流經(jīng)負荷R 的電流Io即BG9013的集電極電流等于k·Ib。令R1=R2，則有V0+Vm= V+= V-= (1+k)Ib·Rw= (1+1/k)Io·Rw，其中k》1，所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw。

由上述分析可見，輸出電流Io的大小在偏置電壓和反饋電阻Rw為定值時，與輸入電壓Vin成正比，而與負載電阻R 的大小無關(guān)，說明了電路良好的恒流性能。改變V0的大小，可在Vin=0時改變Io的輸出。在V0一定時改變Rw的大小，可以改變Vin與Io的比例關(guān)系。由Io≈(V0+Vi)/Rw 關(guān)系式也可以看出，當確定了Vin 和Io之間的比例關(guān)系后，即可方便地確定偏置電壓V0和反饋電阻Rw。例如將0~5V 電壓轉(zhuǎn)換成0~5mA的電流信號，可令V0=0，Rw=1kΩ，其中Vo=0相當于將其直接接地。若將0~5V電壓信號轉(zhuǎn)換成1~5mA電流信號，則可確定V0=1.25V，Rw=1.25kΩ。同樣若將4~20mA 電流信號轉(zhuǎn)換成1~5mA電流信號，只需先將4~20mA轉(zhuǎn)換成電壓即可按上述關(guān)系確定V0和Rw的參數(shù)大小，其他轉(zhuǎn)換可依次類推。

為了使輸入輸出獲得良好的線性對應關(guān)系，要特別注意元器件的選擇，如輸入電阻R1、R2及反饋電阻Rw，要選用低溫漂的精密電阻或精密電位器，元件要經(jīng)過精確測量后再焊接，并經(jīng)過仔細調(diào)試以獲得最佳的性能。我們在多次實際應用中測試，上述轉(zhuǎn)換電路的最大非線性失真一般小于0.03% ，轉(zhuǎn)換精度符合要求。