V -I 变换电路与 I-V 变换 电路设计报告 组员：张迪 2009332205200004 李镇宇 2009221105200110 程剑 2009221105200041 一．设计任务及要求： 设计一个4－20ma电流环。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，试设计一个电路来实现如下要求： 基本要求： 1、 将0－5V的模拟电压信号线性转变成4－20毫安的电流，即输入0伏时输出4毫安，输入5V时，输出20毫安。其间呈线性变化。精度达到3％。 2、 将传感器来的4-20mA的电流，转换到0-5V的电压信号，精度达到3％ 发挥部分： 1、 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，请设计电路满足当输入信号在0毫伏到250毫伏变化时，输出电流在4毫安到20毫安线性变化，精度达到1％ 二．设计思路和参数运算： 该系统由两部分组成：一是电压转电流；一是电流转电压。 电压转电流： 基于运算放大器的基本VI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。其电路如图所示： 相应计算公式为： 由IC2为电压跟随器则： 由运算放大器“虚断”可知： 234POIPUUUURR 112NOUURR 利用运算放大器的“虚短”概念可知: Un=Up 在实际运用中可R1=R2=R3=R4=R，整理上两式，分别得： 因此有： 再利用运算放大器的“虚断”概念可知：流过负载电阻RL的电流IL与流过Re电阻的电流相等。即有: 因此只要保证Re不变，可见负载电流与输入电压Ui成正比，就能实现了共地输出的VI变换。 该电路在实际使用过程中，由于一般运算放大器的输出能力有限，很难满足毫安级别以上的电压电流变换，只适用于微安级别以及微安一下的电压到电流的变换。因此需要对运算放大器进行扩流输出。我们在实际制作过程中在运放的后面加上三极管用来放大电流。 电流转电压： 同样的，我们采用运放来隔离该电路的输入电流和输出电压。 下面是电路原理图： 经对图中电路分析，可知流过反馈电阻Rf的电流为： (Vo-VN)/Rf=VN/R1＋(VN-Vf)/R5 由此，可推出输出电压Vo的表达式： Vo=(1+Rf/R1+Rf/R5)×VN-(R4/R5)×Vf 由于VN≈Vp＝Ii×R4，上式中的VN即可用Ii×R4替换，若R4＝200Ω ，R1＝18kΩ ，Rf＝7.14kΩ ，R5＝43kΩ ，并调整Vf≈7.53V，输出电压Vo的表达式可写成如下的形式: 当输入4－20mA电流信号时，对应输出0－5V的电压信号。 三．原理图...
