电压电流转换有哪些方法?图文+实际电路案例分析

时间:2024-07-22来源:李工谈元器件

今天给大家分享的是:电压电流转换器、电压电流转换方法、电压电流转换仿真图、电压电流转换电路的作用。

一、什么是电压电流转换电路?

电压电流转换电路是一种以电压为输入并产生电流输出的电子电路。一说起电压和电流之间的关系,大家很快就能想到欧姆定律:

U=I*R

当我们向一个固定电阻输入电压,就会有电流流过电阻。很明显,电阻决定了电压源电路中电流的大小,这个就可以用作简单的电压电流转换器。如下所示就是一个非常简单的电压电流转换器:

电压电流转换器

电压电流转换器

电压电流转换器

但实际上,除了输入电压之外,该转换器的输出电流还直接取决于所连接负载上的压降。

因此:V R=VIN-VL

这是属于无源版本,下面介绍几种电压电流转换方法。

二、电压电流转换方法

这里介绍使用运算放大器的电压电流转换电路,使用运算放大器,可以简单地将电压信号转换为相应的电流信号,这里使用的是LM741运算放大器。

主要有2种方法:

1、浮动负载电压电流转换器

顾名思义,负载电阻在该转换器电路中是浮动的,即电阻RL不接地,输入电压VIN提供给非反相输入端,反相输入端由RL电阻两端的反馈电压驱动。

该反馈电压由负载电流决定,并与输入差分电压VD串联,所以该电路又称为电流串联负反馈放大器。

浮动负载电压电流转换器

对于输入回路,应用KVL,电压方程为:

电压方程

由于运算放大器的传递函数或者增益非常大,因此:



由于运算放大器的输入电流:

输入电流

所以运算放大器的输出电流为:

输出电流

从上面的方程清楚地看出负载电流取决于输入电压和输入电阻。由于负载电流由电阻R控制,因此:

负载电流

即输出电流与电路的输入电压成正比,比例常数为 1/R。

因此该转换器电路也称为跨导放大器,该电路的其他名称是电压控制电流源。负载类型可以是电阻性、电容性或者非线性负载,负载类型在上述等式中没有作用。

当连接的负载是电容时,电路将以稳定的速率充电或者放电。由于这个原因,转换器电路用于产生锯齿波和三角波形式。

2、接地负载电压到电流转换器

在这个电路中就是负载始终接地。

接地负载电压到电流转换器

对于电路分析,我们首先要确定电压Vin,然后才能实现输入电压和负载电流下之间的关系或者关联。因此,我们在节点V1处使用KVL定律,对于非反相放大器,增益为此处的电阻,因此输出中的电压如下:

输出电压

但是对于非反相放大器,传输增益A:

传输增益

在这个电路中:



因此输出电压为:

输出电压

因此上述接地负载将变为:

负载公式

因此输出负载电流为:

输出负载电流

我们可以从上面的等式得出结论,电流 I L与电压 V IN和电阻R有关。

三、电压电流转换仿真图

下面的电路是一种很常用的电压电流转换电路,也是一款恒流源电路。由一个运放、一个三极管以及若干电阻组成,结构简单易懂。

其输出电流为:Iout= Vref/Rs

以下的仿真都将在下面这个电路上进行参考。

1、运放采用OPA2363

可以看出电路输出电流为9.9mA,与理论电流值 2.5V/250R= 10mA 相差较小。

电压电流转换仿真图

采用直流参数扫描,看一下10mA电流的带负载能力:10mA下,电路带载能力最大为2.06K

电压电流转换仿真图

2、运放采用OPA2363,结构稍微复杂

这种结构的电压电流转换电路是书本上经常那提到的一种结构,结构稍复杂些。

其输出电流I=Ui/R3

电压电流转换电路

然而这种结构的电路不常用,多使用上面路电路的变形:如下图

输出电流为:1.65V/165R= 10mA

电压电流转换电路

看下此中电路结构的带负载能力:10mA 最大带载为3.55K。

电压电流转换仿真图

3、集成的电压电流转换器

XTR111 是一款精密的电压电压电流转换电路,数据手册给出的参考电路:

集成的电压电流转换器

四、电压电流转换电路的作用

以上就是关于电压电流转换器的内容,希望大家能够点赞、分享、收藏,如有问题或者建议,欢迎在评论区留言。

文章部分参考来源:全栈程序员栈长,
https://javaforall.cn/136971.html

关键词: 转换电路 仿真电路 电路设计

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