運放組成的V/I和I/V變換電路TOP6設(shè)計詳解

作者：時間：2017-10-28 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　對交流電的電壓和頻率進行轉(zhuǎn)變的電路。按其對電能變換的功能，可分為交流調(diào)壓電路和變頻電路。前者不改變交流電的頻率，只改變其電壓。按一定規(guī)律控制交流調(diào)壓電路開關(guān)的通斷，即可控制輸出負載電壓。交流調(diào)壓電路的控制方式有周波控制、相位控制和斬波控制等3種方式。周波控制調(diào)壓適用于負載熱時間常數(shù)較大的電熱控制系統(tǒng)。其缺點是在負載容量很大時，開關(guān)的通斷引起對電網(wǎng)的沖擊，從而引起電網(wǎng)電壓閃變。相位控制調(diào)壓適用于電動機速度控制或電熱控制。其主要缺點是輸出電壓包含較多的諧波分量，當負載是電動機時，會使它產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加諧波損耗，還會引起電源電壓畸變。為此，須在電源側(cè)和負載側(cè)分別加濾波網(wǎng)絡(luò)。斬波調(diào)壓電路輸出電壓質(zhì)量較高，對電源影響也較小，主要缺點是元器件成本較高。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/201710/369227.htm

　　1、 0-5V/0-10mA的V/I變換電路

　　圖1是由運放和阻容等元件組成的V/I變換電路，能將0-5V的直流電壓信號線性地轉(zhuǎn)換成0-10mA的電流信號，A1是比較器。A3是電壓跟隨器，構(gòu)成負反饋回路，輸入電壓Vi與反饋電壓Vf比較，在比較器A1的輸出端得到輸出電壓VL，V1控制運放A1的輸出電壓V2，從而改變晶體管 T1的輸出電流IL而輸出電流IL又影響反饋電壓Vf，達到跟蹤輸入電壓Vi的目的。輸出電流IL的大小可通過下式計算：IL=Vf/（Rw+R7），由于負反饋的作用使Vi=Vf，因此IL=Vi/（Rw+R7），當Rw+R7取值為500Ω時，可實現(xiàn)0-5V/0-10mA的V/I轉(zhuǎn)換。

　　2、 0-10V/0-10mA的V/I變換電路

　　圖2中Vf是輸出電流IL流過電阻Rf產(chǎn)生的反饋電壓，即V1與V2兩點之間的電壓差，此信號經(jīng)電阻R3、R4加到運放A1的兩個輸入端 Vp與Vn，反饋電壓Vf=V1-V2，對于運放A1，有VN=Vp;Vp=V1/（R2+R3）&TImes;R2，VN=V2+（Vi-V2）&TImes;R4 /（R1+R4），所以V1/（R2+R3）&TImes;R2=V2+（Vi-V2）&TImes;R4/（R1+R4），依據(jù)Vf=V1-V2及上式可推導出：

　　若式中R1=R2=100kΩ，R1=R4=20kΩ，則有：Vf×R1=Vi×R4，得出：Vf=R4/R1×Vi=1/5Vi，如果忽略流過反饋回路R3、R4的電流，則有：IL=Vf/Rf=Vi/5Rf，由此可以看出。當運放的開環(huán)增益足夠大時，輸出電流IL與輸入電壓Vi滿足線性關(guān)系，而且關(guān)系式中只與反饋電阻Rf的阻值有關(guān)。顯然，當Rf=200Ω時，此電路能實現(xiàn)0-10v/0-10mA的V/I變換。

　　3、 1-5V/4-20mA的V/I變換電路

　　在圖3中。輸入電壓Vi是疊加在基準電壓VB（VB=10V）上，從運放A1的反向輸入VN端輸入的，晶體管T1、T2組成復合管，作為射極跟蹤器，起到降低T1基極電流的作用（即忽略反饋電流I2），使得IL≈I1，而運放A1滿足VN≈Vp，如果電路圖中 R1=R2=R，R4=R5=kR，則有如下表達式：

　　由式①②③可推出：

　　若Rf=62.5Ω，k=0.25，Vi=1-5V，則I1=4-20mA，而實際變換電流IL比I1小，相差I(lǐng)2（IL=I1- I2），I2是一個隨輸入電壓Vi變化的變量，輸入電壓最小時（Vi=1V），誤差最大，在實際應用中，為了使誤差降到最小，一般R1，R2，Rf的阻值分別選取40.25kΩ，40kΩ，62.5Ω。

　　4、 0-10mA/0-5V的I/V變換電路

　　在實際應用中，對于不存在共模干擾的電流輸入信號，可以直接利用一個精密的線繞電阻，實現(xiàn)電流/電壓的變換，如圖4，若精密電阻 R1+Rw=500Ω，可實現(xiàn)0-10mA/0-5V的I/V變換，若精密電阻R1+Rw=250Ω，可實現(xiàn)4-20mA/1-5V的I/V變換。圖中 R，C組成低通濾波器，抑制高頻干擾，Rw用于調(diào)整輸出的電壓范圍，電流輸入端加一穩(wěn)壓二極管。