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摘要:本设计主要采用OP07运算放大器,利用运放的知识将电流与电压之间进行线性变化,为了更适用于实际电路中,设计中线性变化的精度达到1%甚至更高。对于传感器传来的毫伏级电压,在原电路前级加上放大电路,同样可以达到电流电压线性变化效果,精度不变。
关键词:运算放大器;线性变换;电压;电流;精度
0引言
本设计电路主要用作模拟信号的远距离传输、压控电流源,因为电流电压转换接口低输入输出阻抗,高增益带宽。在工业控制系统中常常采用4~20毫安电流环作为传感器的输出信号,而我们常见的传感器输出信号是电压型的,所以我们需要使用V-I,I-V电路满足实际电路需求。在某些测量电路里面,还要求精度比较高的变换。本设计主要采用OP07运算放大器,利用运放的知识,将模拟电压信号线性转变成毫安级电流,反之亦然。其间呈线性变化。由于传感器输出的一般来说是毫伏级的电压信号,为了适应不同的传感器,我们还将设计电路满足当输入信号在毫伏变化时,输出电流线性变化,精度达到1%。
1.系统总体设计与分析
1.1. 总体设计思路
该系统由两部分组成:一是电压转换成电流电路部分,将0-5V的模拟电压信号线性转变成4-20mA的电流,即输入0V时输出4mA,输入5V时,输出20mA。其间呈线性变化,精度达到1%。一是电流转换成电压部分,将4-20mA的电流,转换到0-5V的电压信号,即输入4mA时输出0V,输入20mA时输出5V,精度达到1%。
1.2. V-I转换电路
基于运算放大器OP07的基本V-I变换电路可以保证负载电阻不影响电压电流的变换关系。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。
由运放和阻容等元件组成的V-I变换电路如图1所示。 是比较器, 是电压跟随器,构成负反馈电路。
直线为理论值直线,将测量值标注在图中可以看出测量值在理论直线上微小浮动,但是紧贴直线变化,线性精度较高。
为了测试方便,在测试I-V变换电路的时候我们根据V-I测试出的输出电流理论参数作为I-V变换电路输入电流参数。考虑系统误差等因素的影响,由曲线图与误差分析可以看出,实验效果基本达到,电流电压变换成线性关系,前级加入放大电路放大信号后对电路变换影响很小,我们所设计的V-I,I-V变换精度比较高,可以运用到实际电路中。
3.结语
本设计主要运用运放的知识,利用成本较低,易于获得的常规器件以及较为简单的电路结构,将电流电压进行线性变换,用于远距离传输或者测量电路中,电路精度高。对于毫伏级电压输入可以设置前级放大电路,根据电路的不同,设置不同的放大倍数,对后级电路影响微小基本可以忽略,因此实用性较高,使用范围较广。
参考文献:
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006
[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉:
华中科技大学出版社,2006
[3]刘祖刚.模拟电路分析与设计基础[M].北京:机
械工业出版社,2007
[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计(第
二版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,
2011.2
[5]〔日〕铃木雅臣.周南生译.晶体管电路设计(上)
[M].北京:科学出版社,2004
[6]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛 常用电路模
块制作[M].北京:北京航空航天大学出版社,
2011.1
关键词:运算放大器;线性变换;电压;电流;精度
0引言
本设计电路主要用作模拟信号的远距离传输、压控电流源,因为电流电压转换接口低输入输出阻抗,高增益带宽。在工业控制系统中常常采用4~20毫安电流环作为传感器的输出信号,而我们常见的传感器输出信号是电压型的,所以我们需要使用V-I,I-V电路满足实际电路需求。在某些测量电路里面,还要求精度比较高的变换。本设计主要采用OP07运算放大器,利用运放的知识,将模拟电压信号线性转变成毫安级电流,反之亦然。其间呈线性变化。由于传感器输出的一般来说是毫伏级的电压信号,为了适应不同的传感器,我们还将设计电路满足当输入信号在毫伏变化时,输出电流线性变化,精度达到1%。
1.系统总体设计与分析
1.1. 总体设计思路
该系统由两部分组成:一是电压转换成电流电路部分,将0-5V的模拟电压信号线性转变成4-20mA的电流,即输入0V时输出4mA,输入5V时,输出20mA。其间呈线性变化,精度达到1%。一是电流转换成电压部分,将4-20mA的电流,转换到0-5V的电压信号,即输入4mA时输出0V,输入20mA时输出5V,精度达到1%。
1.2. V-I转换电路
基于运算放大器OP07的基本V-I变换电路可以保证负载电阻不影响电压电流的变换关系。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。
由运放和阻容等元件组成的V-I变换电路如图1所示。 是比较器, 是电压跟随器,构成负反馈电路。
直线为理论值直线,将测量值标注在图中可以看出测量值在理论直线上微小浮动,但是紧贴直线变化,线性精度较高。
为了测试方便,在测试I-V变换电路的时候我们根据V-I测试出的输出电流理论参数作为I-V变换电路输入电流参数。考虑系统误差等因素的影响,由曲线图与误差分析可以看出,实验效果基本达到,电流电压变换成线性关系,前级加入放大电路放大信号后对电路变换影响很小,我们所设计的V-I,I-V变换精度比较高,可以运用到实际电路中。
3.结语
本设计主要运用运放的知识,利用成本较低,易于获得的常规器件以及较为简单的电路结构,将电流电压进行线性变换,用于远距离传输或者测量电路中,电路精度高。对于毫伏级电压输入可以设置前级放大电路,根据电路的不同,设置不同的放大倍数,对后级电路影响微小基本可以忽略,因此实用性较高,使用范围较广。
参考文献:
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006
[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉:
华中科技大学出版社,2006
[3]刘祖刚.模拟电路分析与设计基础[M].北京:机
械工业出版社,2007
[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计(第
二版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,
2011.2
[5]〔日〕铃木雅臣.周南生译.晶体管电路设计(上)
[M].北京:科学出版社,2004
[6]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛 常用电路模
块制作[M].北京:北京航空航天大学出版社,
2011.1