电压电流转换器

    电压电流转换器是将输入的电压信号转换成电流信号的电路,是电压控制的电流源。

简介

    在工业控制和许多传感器的应用电路中,摸拟信号输出时,一般是以电压输出。在以电压方式长距离传输模拟信号时,信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减,信号接收端的输入电阻越低,电压衰减越大。为了避免信号在传输过程中的衰减,只有增加信号接收端的输入电阻,但信号接收端输入电阻的增加,使传输线路抗干扰性能降低,易受外界干扰,信号传输不稳定,这样在长距离传输模拟信号时,不能用电压输出方式,而把电压输出转换成电流输出。另外许多常规工业仪表中,以电流方式配接也要求输出端将电压输出转换成电流输出。V/I转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号,有利于信号长距离传输。V/I转换器可由晶体管等多种器件组成。

电压电流转换电路

    结构分析
    电压/电流转换即V/I转换,是将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号,转换后的电流相当一个输出可调的恒流源,其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。
    一般来说,电压电流转换电路是通过负反馈的形式来实现的,可以是电流串联负反馈,也可以是电流并联负反馈。电路如下所示。
    电路举例
    V/I转换原理如图。
    由图可见,电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成,V0为偏置电压,Vin为输入电压即待转换电压,R 为负载电阻。其中运算放大器起比较器作用,将正相端电压输入信号与反相端电压V-进行比较,经运算放大器放大后再经三极管放大,BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上,由运放性质可知:
    V-= Ie·Rw= (1+ k)Ib·Rw
    (k为BG9013的放大倍数)
    流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k·Ib。令R1=R2,则有V0+Vm= V+= V-= (1+k)Ib·Rw= (1+1/k)Io·Rw,其中k》1,所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw。
    由上述分析可见,输出电流Io的大小在偏置电压和反馈电阻Rw为定值时,与输入电压Vin成正比,而与负载电阻R 的大小无关,说明了电路良好的恒流性能。改变V0的大小,可在Vin=0时改变Io的输出。在V0一定时改变Rw的大小,可以改变Vin与Io的比例关系。由Io≈(V0+Vi)/Rw 关系式也可以看出,当确定了Vin 和Io之间的比例关系后,即可方便地确定偏置电压V0和反馈电阻Rw。例如将0~5V 电压转换成0~5mA的电流信号,可令V0=0,Rw=1kΩ,其中Vo=0相当于将其直接接地。若将0~5V电压信号转换成1~5mA电流信号,则可确定V0=1.25V,Rw=1.25kΩ。同样若将4~20mA 电流信号转换成1~5mA电流信号,只需先将4~20mA转换成电压即可按上述关系确定V0和Rw的参数大小,其他转换可依次类推。
    为了使输入输出获得良好的线性对应关系,要特别注意元器件的选择,如输入电阻R1、R2及反馈电阻Rw,要选用低温漂的精密电阻或精密电位器,元件要经过精确测量后再焊接,并经过仔细调试以获得的性能。我们在多次实际应用中测试,上述转换电路的非线性失真一般小于0.03% ,转换精度符合要求。

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