电流电压转换电路
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模拟电路课程设计报告设计课题:电流电压转换电路
题目
一、设计任务与要求
1.将4mA~20mA的电流信号转换成±10V的电压信号,以便送入计算机进行处理。这种转换电路以4mA为满量程的0%对应-10V,12mA为50%对应0V,20mA 为100%对应+10V。
2.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(±12V)。
二、方案设计与论证
题目要求之一:要求将4mA~20mA的电流信号转换成为±10V的电压信号,可以在集成运放引入电压并联负反馈,从而达到电流-电压转换。
题目要求之二:要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的±12V直流电源。我们知道直流电源可由四部分构成,变压器,桥式整流电路,电容滤波电路及集成稳压电路构成。通过对各元器件参数的计算及电路的组合分析可初步定制出原理图。
方案一:
(一):设计一个第一级增益为1的差动输入电路,第二级增益为2.5的电路。
其原理图为:
(二)桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计(±12V)。
根据其设计流程图:
我们分别设计出其四个部分的电路图,再经过组合得到其总原理图为:
方案一总结:优点:精确,操作方便。缺点:一些2K 电位器不易买到但可以用5K 代替。 方案二:(一)其原理图为:
R1
10k¦¸
R210k¦¸
R3
500¦¸
U1A
RC4558Y
3
2
4
8
1
U2B
RC4558P
5
6
4
8
7
R4
10k¦¸20
R59.1k¦¸
R7
2k¦¸Key=A
50%R810k¦¸
R922k¦¸
R10
10k¦
¸R11
10k¦¸Key=A
50%
6R123.9k¦¸0
0R13
680¦¸
8
R14
5k¦¸Key=A
50%10
12
131
14
XSC1
I1
12mA
43
11
7
(二)直流源设计同方案一
方案二总结:优点:电路虽较简单,缺点:器材不容易买到,像运放OP4558,温度补偿
性二极管,很容易操作。
通过对2个方案的比较分析,我们选出了最优的方案——方案一。
4~20 mA 电流提供部分也有两种方案: 方案一:电压源串联一电阻: 电路如图
V2
12 V
1
R1
1.25k¦¸
2
优点:可提供一定电流,缺点:误差很大,不能直观读出电流值。
方案二:用VCCS受控源提供电流:
电路如图:
R3
1k¦¸
Key=A
优点:可通过调节电位器得到较大范围电流,并直观读出。误差很小。缺点;接线方面不太稳定。
综合参考:选方案二产生电流源电路
三、单元电路设计与参数计算
(一)第一级电流的计算;
由于设计要求是要把4mA~20mA的电流转换成电压,所以要提供电流源。可以用制作的直流源与一电位器串联,通过调节电位器从而达到所需的电流。
I=U/R,当I=4mA时,R=U/I=12V/4mA=3000Ω;当I=20mA时,R=12V/20mA=600Ω. 所以只要调节电位器的阻值在600Ω~3000Ω之间就可以达到电流4mA~20mA。
选择电位器R7为10K的电位器,R1=500Ω可由二只1KΩ电阻并联实现。这样输入电流4mA 对应电压2V,输入电流20mA对应电压10V。A1设计增益为1,对应输出电压为-2V~-10V.
(二)第二级的计算:
因为第一级电压变化范围为-2-(-10)=8V.
而最终输出应为-10V~+10V,变化范围10V-(-10V)=20V,故A2级增益为20V/8V=2.5倍,又输入电流为12mA时,A1输出电压为-12mA×0.5mA=-6V.此时要求A2输出为0V。故在A2反相输入端加入一个+6V的直流电压,使 A2输出为0。A2运放采用反相加法器,增益为2.5倍。取R3=10K,R4=10K,R6=25K(可以用100K的电位器进行调节,所以选择100K的电位器) 反相加法器引入电压为6V,可以用一电位器与12V的电源串联分压,从而达到所需的6V. R5=R6//R3//R4=10KΩ
(二)桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计(±12V)。
直流源四个组成部分分析:
1、电源变压器。
其电路图如下:
由于要产生±12V的电压,所以在选择变压器时变压后副边电压u2应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压u2为15V的变压器。
2、整流电路。
其电路图如下:
桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
3、滤波电路。
其电路图如下:
滤波电容容量较大,一般采用电解电容器。
电容滤波电路利用电容的充放电作用,使输出电压趋于平滑。
滤波电路输出电压波形如下: