V—I，I—V轉換電路的設計與探究

摘要：本設計主要采用OP07運算放大器，利用運放的知識將電流與電壓之間進行線性變化，為了更適用于實際電路中，設計中線性變化的精度達到1%甚至更高。對于傳感器傳來的毫伏級電壓，在原電路前級加上放大電路，同樣可以達到電流電壓線性變化效果，精度不變。

關鍵詞：運算放大器；線性變換；電壓；電流；精度

0引言

本設計電路主要用作模擬信號的遠距離傳輸、壓控電流源，因為電流電壓轉換接口低輸入輸出阻抗，高增益帶寬。在工業控制系統中常常采用4～20毫安電流環作為傳感器的輸出信號，而我們常見的傳感器輸出信號是電壓型的，所以我們需要使用V-I，I-V電路滿足實際電路需求。在某些測量電路里面，還要求精度比較高的變換。本設計主要采用OP07運算放大器，利用運放的知識，將模擬電壓信號線性轉變成毫安級電流，反之亦然。其間呈線性變化。由于傳感器輸出的一般來說是毫伏級的電壓信號，為了適應不同的傳感器，我們還將設計電路滿足當輸入信號在毫伏變化時，輸出電流線性變化，精度達到1%。

1.系統總體設計與分析

1.1. 總體設計思路

該系統由兩部分組成：一是電壓轉換成電流電路部分，將0-5V的模擬電壓信號線性轉變成4-20mA的電流，即輸入0V時輸出4mA，輸入5V時，輸出20mA。其間呈線性變化，精度達到1%。一是電流轉換成電壓部分，將4-20mA的電流，轉換到0-5V的電壓信號，即輸入4mA時輸出0V，輸入20mA時輸出5V，精度達到1%。

1.2. V-I轉換電路

基于運算放大器OP07的基本V-I變換電路可以保證負載電阻不影響電壓電流的變換關系。在同相輸入端與輸出端加以電壓跟隨器，以實現共地輸出的V-I變換。

由運放和阻容等元件組成的V-I變換電路如圖1所示。 是比較器， 是電壓跟隨器，構成負反饋電路。

直線為理論值直線，將測量值標注在圖中可以看出測量值在理論直線上微小浮動，但是緊貼直線變化，線性精度較高。

為了測試方便，在測試I-V變換電路的時候我們根據V-I測試出的輸出電流理論參數作為I-V變換電路輸入電流參數。考慮系統誤差等因素的影響，由曲線圖與誤差分析可以看出，實驗效果基本達到，電流電壓變換成線性關系，前級加入放大電路放大信號后對電路變換影響很小，我們所設計的V-I，I-V變換精度比較高，可以運用到實際電路中。

3.結語

本設計主要運用運放的知識，利用成本較低，易于獲得的常規器件以及較為簡單的電路結構，將電流電壓進行線性變換，用于遠距離傳輸或者測量電路中，電路精度高。對于毫伏級電壓輸入可以設置前級放大電路，根據電路的不同，設置不同的放大倍數，對后級電路影響微小基本可以忽略，因此實用性較高，使用范圍較廣。

參考文獻：

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：

高等教育出版社，2006

[2]謝自美.電子線路設計·實驗·測試[M].武漢：

華中科技大學出版社，2006

[3]劉祖剛.模擬電路分析與設計基礎[M].北京：機

械工業出版社，2007

[4]黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統設計（第

二版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，

2011.2

[5]〔日〕鈴木雅臣.周南生譯.晶體管電路設計（上）

[M].北京：科學出版社，2004

[6]黃智偉.全國大學生電子設計競賽 常用電路模

塊制作[M].北京：北京航空航天大學出版社，

2011.1