多通道的I/V（電流/電壓）轉換器的設計方法與心得

大家搞技術(shù)的都會(huì )清楚下面的常用的信號轉換電路。

常用的信號轉換電路有采樣/保持(S/H)電路、電壓比較電路、V/f(電壓/頻率)轉換器、f/V(頻率/電壓)轉換器、V/I(電壓/電流)轉換器、I/V(電流/電壓)轉換器、A/D(模/數)轉換器、D/A(數/模)轉換器等。

在自動(dòng)化測控系統設計中，為了提高系統可靠性，加快研制周期，一般采用DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型電動(dòng)組合單元(儀表)，實(shí)現對非電量如溫度、壓力、流量、液位、位移等信號的測量，以及各類(lèi)電動(dòng)執行器，變頻調速器等的輸出控制。DDZ-Ⅱ型儀表輸出0～10mA標準電流信號。DDZ-Ⅲ型儀表輸出4～20mA標準電流信號。大部分微機控制系統外部輸入的是模擬電壓信號，輸出的也是模擬電壓信號，因此為了和Ⅱ型、Ⅲ型儀表的輸入輸出信號相匹配，需要用相應的轉換電路實(shí)現電壓與電流之間的轉換。

I/V(電流/電壓)轉換器進(jìn)行電流、電壓信號間的轉換。例如，對電流進(jìn)行數字測量時(shí)，首先需將電流轉換成電壓，然后再由數字電壓表進(jìn)行測量。在用光電池、光電阻作檢測元件時(shí)，由于它們的輸出電阻很高，因此可把他們看作電流源，通常情況下其電流的數值極小，所以是一種微電流的測量。隨著(zhù)激光、光纖技術(shù)在精密測量?jì)x器中的普及應用，微電流放大器越來(lái)越占有重要的位置。 主要是實(shí)現工業(yè)標準上的電壓(0～5V、1～5V)到工業(yè)標準上的電流(0～10mA、4～20mA)的轉換方法!

(1)無(wú)源I/V變換

無(wú)源I/V變換主要是利用無(wú)源器件電阻來(lái)實(shí)現，并加濾波和輸出限幅等保護措施

圖中R1和C構成無(wú)源濾波電路，即RC低通濾波電路，起到濾波的作用;二極管一端加固定電壓+5V，在另一端若有加至高于5V電壓，在滿(mǎn)足二極管一定特性的情況下，二極管將正向導通，所以在這里二極管起到了限幅的作用，輸出電壓V=R2*I，即可使輸入電流轉換為電壓形式輸出。

(2)有源I/V變換

有源I/V變換主要是利用有源器件運算放大器、電阻組成，如圖2.2所示。圖中利用運算放大器進(jìn)行對輸入信號的放大。如圖虛線(xiàn)的左端是將輸入電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，輸入電流由于電容C的存在使R1兩端產(chǎn)生一定的壓降，然后由運算放大器實(shí)現電壓放大，從而完成電流到電壓的轉換。

比較無(wú)源I/V變換和有源I/V變換，有源I/V變換在實(shí)際應用中更為廣泛，而且可調性強，便于電路的調試，所以設計中選用有源I/V變換完成電流電壓轉換

0～10mA/0～5V電流/電壓變換電路(下圖)

4～20mA/0～5V電流/電壓變換電路(下圖)

電路的調試

根據各模塊電路的原理介紹，在調試的過(guò)程中根據設計指標，合理改變一定的參數，使輸出輸入按一定的規律變化。把總的電路按上述模塊實(shí)現的功能電路分別進(jìn)行安裝和調試。

通過(guò)對多路開(kāi)關(guān)的切換，對電路進(jìn)行一路一路調試。先將±15V電源接入，運放開(kāi)始工作。

0～5V/0～10mA轉換電路的調試

① 撥通第一路多路開(kāi)關(guān)，如圖所示轉換電路。先進(jìn)行運放電路的調零，

將輸入信號接地，調節滑動(dòng)變阻器使得輸出也為零。改變輸入電壓的值，觀(guān)察輸出電流隨輸入的變化而變化，說(shuō)明電路可以正常工作。當輸入電壓Vi=1V時(shí),輸出電流為Io=2.89mA,這與輸出電流的原理值2mA有較大的誤差。由原理分析知道，輸出電流的大小與反饋電阻R4和輸入平衡電阻R1有關(guān)，由于輸出電流比理論電流值高，要使它減小，可以減小R4或者增大R1的值。改變反饋電阻，將它與一個(gè)18K的電阻并聯(lián)，其替換電阻小于10k,再次測量當輸入為1V電壓時(shí)，輸出電流測得2.65mA。雖然還存在著(zhù)一定的誤差，但明顯有了很大的改觀(guān)。由于輸入與輸出有一定的范圍控制，在理論與實(shí)際相結合的情況下分析，反饋電阻不能太小，一旦過(guò)小，當輸入為上限電壓時(shí)，很難達到輸出上限。最終測得輸入電壓和對應輸出電流的數據如所示;

0～5V/0～10mA轉換電路測量數據

根據上表數據，作出此電壓/電流轉換電路的輸入輸出曲線(xiàn)圖，如圖所示：由曲線(xiàn)可以看到，當電壓輸入在1～3V時(shí)，輸出電流與理論的誤差最大。