I-V、V-I转换电路设计报告 - 图文(2)

图 I_V转换电路直流扫描分析图

图 相应电流值对应的电压值

2.2 V_I转换电路

本电路将0V~10V的输入电压转换为4mA~20mA的输出电流，第一级运放起反相衰减的作用的，将电压衰减为0V~-1.6V， (R3+Rop1)/R1=0.16，R1取100KΩ，得R3+Rop1= 16KΩ,所以R3选10Ω，Rop1选10KΩ的电位器。

第二级反相运算放大器的输入电压由第一级的输出电压V1、由稳压管提供的电压V2叠加，以达到精确地线性V-I变换。 根据公式

Vout=Vout1+Vout2=-（R7+Rop2）/R5*V1-（R7+Rop2）/R6*V2

因为Vout要求的输出量为0.4~2V的电压(R12上的电压)，电流为4~20mA，由上式得Vout与R7+Rop2的大小成正比例的关系，R5、R6和R7为固定电阻，大小为10K、100K、10K，第二级运放是一个1:1的反相运放，通过仿真可得，Rop2的电阻几乎可以为0，由Vout=0.4V，V1=0V，得V2=-4V。当Vout=2V时，V1=-1.6V，

V2=-4V，代入也满足条件。不过为了起到调节的作用，Rop2采用了2KΩ的电位器。

通过仿真可得，Rw采用2KΩ的电位器调节，不过调节的阻值也近似为0。 输出通过电阻R12将0.4V~2V的电压转换为4mA~20mA的电流。 通过Pispice进行仿真的原理图以及仿真图如下：

图 V_I转换电路的Pispice原理图

图 V_I转换电路直流扫描分析图

图 0~10V转换为4mA~20mA

3、 性能测试

3.1 使用仪器

A、直流稳压电源 B、万用表

3.2 测试结果表格

表格 1 I-V转换电路测试结果表格：(单位：V)

输入电流I （mA） 4 5.7 7.18 8.92 10.48 12.00 13.94 15.62 17.14 18.64 20.16

输入电流转换一级运放输出 二级运放输出 出的A点电压（V） 的B点电压（V） 的C点电压（V） 2.00 2.85 3.59 4.46 5.24 6.00 6.97 7.81 8.57 9.32 10.08 -2.00 -2.85 -3.60 -4.46 -5.26 -6.02 -6.99 -7.83 -8.62 -9.40 -10.12 -10.04 -7.95 -6.10 -3.95 -1.98 -0.09 2.27 4.37 6.33 8.26 9.98 表格 2 V-I转换电路测试结果表格

输入电压 U(V) 一级运放输出 二级运放输出 R12电压 （V） 输出电流I （mA） 的B点电压 (V) 的C点电压(V) 0 0.87 1.97 2.96 3.95 5.00 5.97 7.00 7.97 9.00 10.01 0 -0.13 -0.31 -0.46 -0.62 -0.80 -0.95 -1.11 -1.27 -1.43 -1.59 1.16 1.36 1.60 1.81 2.03 2.26 2.48 2.71 2.93 3.17 3.40 0.40 0.54 0.72 0.87 1.03 1.2 1.35 1.52 1.67 1.84 2.00 4 54 72 87 10.3 12.0 13.5 15.2 16.7 18.4 20.0 4、 数据分析、结论、讨论

4.1 数据分析

I-V转换电路：

实验数据表明，一级运放构成的电压跟随器有很好的电压跟随作用，说明其输入阻抗为无穷大。当调节R9上的电压（D点）为6V,且调节到R7+R8=25K欧时，输入4~20mA的电流，可以在输出端得到-10~10V范围的电压

V-I转换电路：

实验数据表明。当调节R11上的电压（D点）为4V,且调节到R3+R10=16K欧时，且调节R7+R12=8.5K欧左右时，输入0~10V的电压，可以在输出端得到4~20mA范围的电流

4.2 结论

电路可以实现I-V、V-I之间的准确转换

4.3 进一步讨论

本次设计的电路虽然实现了功能，但误差还是存在的，误差产生的原因主要是由于运放的零点漂移，电阻实际值与标称值之间有差异等等。为了尽量减少误差，电路调试之前，需要对运放OP77进行调零，在选择电阻等器件时，要先测

下其阻值是否准确。

5． 元器件明细

表格 3 I-V转换电路器件表

名称 D1 DC R R0 R1 R2 R3 Rop1 R5 R6 R7 Rop2 R9 R10 R11 Rw Rp OP77 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 值 9V 10K 500 10K 10K 5K 10K 10K 10K 10K 20K 5K 1K 3.9K 5K 5K

表格 4 V-I转换电路器件表

名称 D1 4148ST DC 数量 1 1 1 值 9V Q1 R1 R2 R3 Rop1 R5 R6 R7 Rop2 R9 R10 R11 R12 RW RP OP77 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 100K 10K 10K 10K 10K 100K 10K 2K 10K 1K 10K 100 2K 1K

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