几个常用的电压电流转换电路

几个常用的电压电流转换电路
I/V转换电路设计
1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。

图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。

电路图如下所示：
输出电压为：
Vo=Ii∗（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围）
缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。

优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合，
2、由运算放大器组成的I/V转换电路
原理：
先将输入电流经过一个电阻（高精度、热稳定性好）使其产生一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器），将输入、输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。

然后经一个电压跟随器（或放大器）输出。

C1滤除高频干扰，应为pf级电容。

电路图如下所示：
输出电压为：
Vo=Ii∗R4∗(1+（R3+Rw）
R1
)
注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。

优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。

要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。

R4为高精度、热稳定性较好的电阻。

V/I转换电路设计
原理：
1、V I 变换电路的基本原理：
最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui
R
，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。

但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入
信号提供相应的电流，在某些场合无法满足这种需要。

1 、基于运算放大器的基本VI变换电路为了保证负载电阻不影响电压/电流的变换关系,需要对电路进行调整,如图1是基于运算放大器的基本VI变换电路。

利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0；因此流过Ri的电流：
Ii=Ui R
再利用运算放大器的“虚断”概念可知，流过RL的电流
IL=Ii=Ui R
其电路图如下所示：
缺点是：负载电阻RL与输入电压Ui没有共地点。

因此不太实用。

解决方法是：在同相输入端与输出端加以电压跟随器，以实现共地输出的V/I变换。

其电路图如下所示：
相应计算公式为：
由IC2为电压跟随器则：
Uo=Uo2由运算放大器“虚断”可知：
Ui―Up R3=
Un―Uo2
R4
Un R1=
Uo1―Un
R2
利用运算放大器的“虚短”概念可知:
Un=Up
在实际运用中可R1=R2=R3=R4=R，整理上两式，分别得：
Up=Ui+Uo2
2
Un=Uo1 2
因此有：
Ui=Uo2―Uo1
再利用运算放大器的“虚断”概念可知：流过负载电阻RL的电流IL与流过Re电阻的电流相等。

即有:
IL=Ui Re
因此只要保证Re不变，可见负载电流与输入电压Ui成正比，就能实现了共地输出的VI变换。

缺点是：虽然图2已经实现了共地输出，由于一般运算放大器的输出能力有限，很难满足毫安级别以上的电压电流变换，只适用于微安级别以及微安一下的电压到电流的变换。

因此需要对运算放大器进行扩流输出。

最简单的办法是利用三极管的电流放大特性进行扩流输出。

扩流解决方法：
利用三极管的电流放大特性进行扩流输出。

电路图如下所示：
与扩流前不同的是流过Re的电流将不再由运算放大器提供，而是由三极管Q1提供。

如果需要输出较大的电流可以将Q1改成复合管或者MOS 管。