电流电压转换器的制作与调试介绍

目录

第1 章电流/电压（I/V）转换器的制作与调试 (2)

1.1 设计任务 (2)

1.2 总体设计方案............................................................................................................... ..2 1.3 系统分析与设计.. (2)

1.3.1 电路原理 (2)

1.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单 (3)

1.5 系统安装、调试与参数测量 (4)

1.6 改进意见与收获体会............................................................................................... (4)

第2 章电压/电流（V/I）转换器的制作与调试 (5)

2.1 设计任务 (5)

2.2 总体设计方案 (5)

2.3 系统分析与设计 (7)

2.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单 (7)

2.5 系统安装、调试与参数测量 (8)

2.6 改进意见与收获体会 (8)

第3 章声控式音乐彩灯控制器的制作与调试 (10)

3.1 设计任务 (10)

3.2 总体设计方案 (10)

3.3 系统分析与设计 (10)

3.3.1 电路原理............................................................................................................... .. (10)

3.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单 (10)

3.5 系统安装、调试与参数测量 (10)

3.6 改进意见与收获体会 (12)

第1章电流/电压（I/V）转换器的制作与调试

1.1 设计任务

熟悉有关运放的各类应用电路，按设计要求写出设计过程和调试过程及步骤。将0~10 毫安电流信号转换成0~10 伏电压信号。设计实现这一要求的电流/电压转换电路，误差控制在5%以内。

1.2 总体设计方案

（1）无源I/V变换无源I/V变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施。

（2）有源I/V变换有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器、电阻组成。利用运算放大器进行对输入信号的放大。将输入电流信号转变为电压信号，然后由运算放大器实现电压放大，从而完成电流到电压的转换。

此设计利用运算放大器与电压的并联负反馈制作转换器，使输入的一定量的电流通过电路的作用在输出端输出一定的电压，制作并调试一个电流输入电压输出的电流/电压（I/V）转换器。

1.3 系统分析与设计

1.3.1 电路原理电路

采用电压并联负反馈和运放的虚短虚断性质，在输入端用一个较小的电阻R 采集电流，使输入电流基本完全通过电阻，既而输入电流转化为R 两端电压输入，并通过一个比例运算放大电路控制电压增益，得到一个输入电流和输出电压的关系式。-15V 电压那个支路是用来调零的：当电流Ii=0 时，调整电位器使V0=0(设左下角10k 电位器电压为Vip)。输入端电阻R 为电流采样电阻，很小(电流表内阻越小越好)，且一定满足R<<100k，故Ii 在R 上产生电压。设R 上端电位为Vi1，R 下端电位为Vi2，所以Ii*R=(Vi1-Vi2)。右边10k 负责调整增益的，设右边10k 电位器可调端电压为V op，2 个2k 电阻与100k 电阻的连接节点2 电位设为Vn(上面的)和Vp。输入输出关系推导如下：由运放虚断，则2 个2k 电阻上无电流，有：

(Vi1-Vn)/100k=(Vn-V op)/200k （式1）

(Vi2-Vp)/100k=(Vp-Vip)/200k (式2)

由运放虚短，则Vn=Vp （式3）

联立 3 个方程，得V op=Vip-2(Vi1-Vi2)=Vip-2*Ii*R 设右边10k 电位器上半边电阻为Rup，下半边电阻为Rdown，因为右边10k<<200k(最上边的)，故200k 的分流可忽略。则V op 是电位器分压V o，

V op=Rdown×V o÷(Rup+Rdown)=Rdown×V o÷10k

所以

V o=(10k/Rdown)*V op=(10k/Rdown)*(Vip-2*Ii*R)

1.4 总电路图、元器件清单、仪器仪表清单

电路图如下：

图1.2 电压电流转换器

名称规格数量

电阻100K 3

电阻2K 2

电阻200K 2

滑动变阻器10K 2

运算放大器op07 1

导线若干

名称数量

直流稳压电源 1

数字万用表 1

电流源 1

电路板 1

1.5 系统安装、调试与参数测量

调节调零电阻，使得在零输入时，输出信号也为零。当输入电流变化时，输出电压也随之改变，说明电路工作正常。

按实验电路图焊接各个元器件，通过仪器仪表输入所需电流，在输出端测试所要测量的电压，正确完成其调试，并记录数据

表格如下：

0 2 4 6 8 10

电流信

号（毫安）

0 2.07 4.13 6.18 8.18 10.12 电压信

号（伏）

0 2 4 6 8 10

理论电

压信号

（伏）

1.6 改进意见与收获体会

改进意见：电路板上元件距离分布不是太合理导致焊接路线的导线杂乱很难检测，稍有不注意容易短路造成器件损坏。

收获：学会了电流电压转换器的设计方法和性能指标测试方法，培养了实践技能，提高了分析和解决实际问题的能力。

第2 章电压/电流（V/I）转换器的制作与调试

2.1 设计任务

熟悉有关运放的各类应用电路，按设计要求写出设计过程和调试过程及步骤。将0~10 伏电压信号转换成0~10 毫安电流信号。设计实现这一要求的电压/电流转换电路，误差控制在5%以内。

2.2 总体设计方案

（1）基本电路

在控制系统中，为了驱动执行机构，如记录仪、续电器等，常需要将电压转换为电流。一般在放大电路中引入合适的反馈，可以实现上述转换。

如图2.1所示为实现电压/电流转换的基本原理电路。实际上该电路是一个反相比例运算电路，故输出电压Uo与输入电压Ui反相。电阻RL跨接在集成运放的输出端和反相输入端，引入了电压并联负反馈。同相输入端通过电阻R1接地，R1为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性；其值为Ui=0 （即将输入端接地）时反相输入端总等效电阻，即各支路电阻的并联，所以，R1=R//RL。

由于理想运放的净输入电流均为零，故R1中电流为零，所以Un=Up=0，则负载电流I = IL = Ui R （2.3）

式（2.3）表明负载电流I L 与Ui成线性关系。但是此电路设计电路中的负载没有接地，即负载RL处于浮地状态；待变换的输入电压Ui受运放的最大共模输入电压限制，虽然该设计虽然电路结构简单，但不适合用于某些应用场合。所以在设计中不用此方案。

（2）豪兰德(Howland)电流源电路

在实用电路中，常常需要负载电阻RL有接地端，为此产生了如图2.2所示的豪兰德电流源电路。由于该电路引入深度负反馈，可以认为集成运放的两个输入端电位Un≈Up,电流In≈Ip≈0,因此在结点N的电流方程为Ui ?Un Un ?U0 = R1 R2 因而N点的电位Un ? ( (2.4) 结点P的电流方程Ui U0 + ) * Rn R1 R2 ( Rn = R1 // R2 ) Up R 因而P点电位+ io = Uo ?U p R3 Up = ( (2.5) Uo ? io ) * ( R // R3 ) R3 由上推导，P 点的电压近似等于N 点的电压，即Un≈ Up，并假设

R2/R1=R3/R,利用式（2.4）和式（2.5）相等的关系，得到Io=-Ui/R，由于输出电流与输入电压反相，不符合设计要求，所以也不采用此方法进行设计。R1 Ui N A R3 Uo P RL R Io 图2.2

（3）实用电压/电流转换电路豪兰德电流源电路 6 结合以上分析，采用图