几个常用的电压电流转换电路

1/V转换电路设计

1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精

密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1+

R如500Ω,可实现0-10mA∕0-5V的I/V 变换，若精密电阻R1+ RW^

250Ω,可实现4-20mA∕1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，RW用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。

电路图如下所示：

输出电压为:

Vo= Ii ? （R1 + RW）（RW可以调节输出电压范围）

缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。

优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合，

2、由运算放大器组成的I/V转换电路原理：

先将输入电流经过一个电阻（高精度、热稳定性好）使其产生一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器），将输入、输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。然后经一个电压跟随器（或放大器）

输出。C1滤除高频干扰，应为Pf级电容

电路图如下所示:

输出电压为:

R3 + RW Vo=li?R4?(1+ Ri )

注释：通过调节RW可以调节放大倍数。

优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。

要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-O7、OP-27 等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。

V/I转换电路设计

原理：

1、V I变换电路的基本原理：

最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io = $ ,如果保

R

证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入

信号提供相应的电流，在某些场合无法满足这种需要。

1、基于运算放大器的基本Vl变换电路为了保证负载电阻不影响电压

/电流的变换关系，需要对电路进行调整，如图1是基于运算放大器的基本Vl 变换电路。利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0因此流过Ri的电流：

Ui

Ii = R

再利用运算放大器的“虚断”概念可知，流过RL的电流

Ui

R

其电路图如下所示:

缺点是：负载电阻RL与输入电压Ui没有共地点。因此不太实用

解决方法是：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。

其电路图如下所示:

IL Ii

L

相应计算公式为：

由IC2为电压跟随器则：

Uo = Uo2

由运算放大器“虚断”可知：

Ui- Up _ Un - Uo2

R3 = ~R4~

Un _ Uol- Un

R1 = ~R2~

利用运算放大器的“虚短”概念可知：

Un=UP

在实际运用中可R仁R2=R3=R4=F整理上两式，分别得:

UP = Ui + U02

Un= U01

因此有:

Ui = Uo2- Uo1

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 缺点是：虽然图2已经实现了共地输出，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。最简单的办法是利用三极管的电流放大特性进行扩流输出

扩流解决方法：

利用三极管的电流放大特性进行扩流输出。

电路图如下所示:

与扩流前不同的是流过Re 的电流将不再由运算放大器提供，而是由三

极管Q1提供。如果需要输出较大的电流可以将 Q 改成复合管或者MoS

IL =

Ui Re