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(多图) 多通道的I/V(电流/电压)转换器的设计方法与心得

作者:wangxing: EDN China?? 2008年10月15日 ?? 收藏0

  EDN博客精华文章??作者:wangxing

  大家搞技术的都会清楚下面的常用的信号转换电路。

  需要已经设计好的电路图和原理图源文件的请留下自己的邮箱!我会一一发送。

  常用的信号转换电路有采样/保持(S/H)电路、电压比较电路、V/f(电压/频率)转换器、f/V(频率/电压)转换器、V/I(电压/电流)转换器、I/V(电流/电压)转换器、A/D(模/数)转换器、D/A(数/模)转换器等。

  在自动化测控系统设计中,为了提高系统可靠性,加快研制周期,一般采用DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型电动组合单元(仪表),实现对非电量如温度、压力、流量、液位、位移等信号的测量,以及各类电动执行器,变频调速器等的输出控制。DDZ-Ⅱ型仪表输出0~10mA标准电流信号。DDZ-Ⅲ型仪表输出4~20mA标准电流信号。大部分微机控制系统外部输入的是模拟电压信号,输出的也是模拟电压信号,因此为了和Ⅱ型、Ⅲ型仪表的输入输出信号相匹配,需要用相应的转换电路实现电压与电流之间的转换。

  I/V(电流/电压)转换器进行电流、电压信号间的转换。例如,对电流进行数字测量时,首先需将电流转换成电压,然后再由数字电压表进行测量。在用光电池、光电阻作检测元件时,由于它们的输出电阻很高,因此可把他们看作电流源,通常情况下其电流的数值极小,所以是一种微电流的测量。随着激光、光纤技术在精密测量仪器中的普及应用,微电流放大器越来越占有重要的位置。??? 主要是实现工业标准上的电压(0~5V、1~5V)到工业标准上的电流(0~10mA、4~20mA)的转换方法!

  (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

  图中R1和C构成无源滤波电路,即RC低通滤波电路,起到滤波的作用;二极管一端加固定电压+5V,在另一端若有加至高于5V电压,在满足二极管一定特性的情况下,二极管将正向导通,所以在这里二极管起到了限幅的作用,输出电压V=R2*I,即可使输入电流转换为电压形式输出。

RC低通滤波电路

  (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,如图2.2所示。图中利用运算放大器进行对输入信号的放大。如图虚线的左端是将输入电流信号转变为电压信号,输入电流由于电容C的存在使R1两端产生一定的压降,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。

  比较无源I/V变换和有源I/V变换,有源I/V变换在实际应用中更为广泛,而且可调性强,便于电路的调试,所以设计中选用有源I/V变换完成电流电压转换

有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器

  0~10mA/0~5V电流/电压变换电路(下图)

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  4~20mA/0~5V电流/电压变换电路(下图)

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  电路的调试

  根据各模块电路的原理介绍,在调试的过程中根据设计指标,合理改变一定的参数,使输出输入按一定的规律变化。把总的电路按上述模块实现的功能电路分别进行安装和调试。

  通过对多路开关的切换,对电路进行一路一路调试。先将±15V电源接入,运放开始工作。

  0~5V/0~10mA转换电路的调试

  ① 拨通第一路多路开关,如图所示转换电路。先进行运放电路的调零,

  将输入信号接地,调节滑动变阻器使得输出也为零。改变输入电压的值,观察输出电流随输入的变化而变化,说明电路可以正常工作。当输入电压Vi=1V时,输出电流为Io=2.89mA,这与输出电流的原理值2mA有较大的误差。由原理分析知道,输出电流的大小与反馈电阻R4和输入平衡电阻R1有关,由于输出电流比理论电流值高,要使它减小,可以减小R4或者增大R1的值。改变反馈电阻,将它与一个18K的电阻并联,其替换电阻小于10k,再次测量当输入为1V电压时,输出电流测得2.65mA。虽然还存在着一定的误差,但明显有了很大的改观。由于输入与输出有一定的范围控制,在理论与实际相结合的情况下分析,反馈电阻不能太小,一旦过小,当输入为上限电压时,很难达到输出上限。最终测得输入电压和对应输出电流的数据如所示;

  0~5V/0~10mA转换电路测量数据

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  根据上表数据,作出此电压/电流转换电路的输入输出曲线图,如图所示:由曲线可以看到,当电压输入在1~3V时,输出电流与理论的误差最大。

电压/电流转换电路的输入输出曲线图

  0~5V/0~10mA转换电路对应曲线


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I/V转换器? 测量仪器? 调试?

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