電壓電流轉換器

電壓電流轉換器是將模擬信號轉換成電壓電流，以電壓為主，在工業長距離輸電時比較常用。

基本信息

• 中文名：電壓電流轉換器

• 類型：轉換器
• 定義：電壓電流轉換器是將輸入的電壓信號轉換成電流信號的電路，是電壓控制的電流源

簡介

定義

電壓電流轉換器

電壓電流轉換器是將輸入的電壓信號轉換成電流信號的電路，是電壓控制的電流源。

套用

電壓電流轉換器

在工業控制和許多感測器的套用電路中,摸擬信號輸出時,一般是以電壓輸出。在以電壓方式長距離傳輸模擬信號時,信號源電阻或傳輸線路的直流電阻等會引起電壓衰減,信號接收端的輸入電阻越低,電壓衰減越大。為了避免信號在傳輸過程中的衰減,只有增加信號接收端的輸入電阻,但信號接收端輸入電阻的增加,使傳輸線路抗干擾性能降低,易受外界干擾,信號傳輸不穩定,這樣在長距離傳輸模擬信號時,不能用電壓輸出方式,而把電壓輸出轉換成電流輸出。另外許多常規工業儀表中,以電流方式配接也要求輸出端將電壓輸出轉換成電流輸出。V/I轉換器就是把電壓輸出信號轉換成電流輸出信號,有利於信號長距離傳輸。V/I轉換器可由電晶體等多種器件組成。

電壓電流轉換電路

結構分析

電壓電流轉換器

電壓/電流轉換即V/I轉換，是將輸入的電壓信號轉換成滿足一定關係的電流信號，轉換後的電流相當一個輸出可調的恆流源，其輸出電流應能夠保持穩定而不會隨負載的變化而變化。
一般來說，電壓電流轉換電路是通過負反饋的形式來實現的，可以是電流串聯負反饋，也可以是電流並聯負反饋。電路如下所示。

電路舉例

電路中的主要元件為一運算放大器LM324和三極體BG9013及其他輔助元件構成，V0為偏置電壓，Vin為輸入電壓即待轉換電壓，R為負載電阻。其中運算放大器起比較器作用，將正相端電壓輸入信號與反相端電壓V-進行比較，經運算放大器放大後再經三極體放大，BG9013的射級電流Ie作用在電位器Rw上，由運放性質可知：
V-=Ie·Rw=(1+k)Ib·Rw
(k為BG9013的放大倍數)
流經負荷R的電流Io即BG9013的集電極電流等於k·Ib。令R1=R2，則有V0+Vm=V+=V-=(1+k)Ib·Rw=(1+1/k)Io·Rw，其中k》1，所以Io≈(Vo+Vin)/2Rw。
由上述分析可見，輸出電流Io的大小在偏置電壓和反饋電阻Rw為定值時，與輸入電壓Vin成正比，而與負載電阻R的大小無關，說明了電路良好的恆流性能。改變V0的大小，可在Vin=0時改變Io的輸出。在V0一定時改變Rw的大小，可以改變Vin與Io的比例關係。由Io≈(V0+Vi)/Rw關係式也可以看出，當確定了Vin和Io之間的比例關係後，即可方便地確定偏置電壓V0和反饋電阻Rw。例如將0～5V電壓轉換成0～5mA的電流信號，可令V0=0，Rw=1kΩ，其中Vo=0相當於將其直接接地。若將0～5V電壓信號轉換成1～5mA電流信號，則可確定V0=1.25V，Rw=1.25kΩ。同樣若將4～20mA電流信號轉換成1～5mA電流信號，只需先將4～20mA轉換成電壓即可按上述關係確定V0和Rw的參數大小，其他轉換可依次類推。
為了使輸入輸出獲得良好的線性對應關係，要特別注意元器件的選擇，如輸入電阻R1、R2及反饋電阻Rw，要選用低溫漂的精密電阻或精密電位器，元件要經過精確測量後再焊接，並經過仔細調試以獲得最佳的性能。我們在多次實際套用中測試，上述轉換電路的最大非線性失真一般小於0.03%，轉換精度符合要求。