電壓/電流與電壓/頻率轉換電路(V/I、V/F電路)

2020-12-02 電子產品世界

　　1電壓/電流轉換電路

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/281172.htm

　　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。V/I轉換原理如圖1。

　　

 

　　由圖1可見，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)/Rw。

　　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。我們在多次實際應用中測試，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。

　　2電壓/頻率轉換電路

　　電壓/頻率轉換即V/F轉換，是將一定的輸入電壓信號按線性的比例關係轉換成頻率信號，當輸入電壓變化時，輸出頻率也響應變化。針對煤礦的特殊要求，我們只分析如何將電壓轉換成200～1000Hz的頻率信號。

　　實現V/F轉換有很多的集成晶片可以利用，其中LM331是一款性能價格比較高的晶片，由美國NS公司生產，是一種目前十分常用的電壓/頻率轉換器，還可用作精密頻率電壓轉換器、A/D轉換器、線性頻率調製解調、長時間積分器及其他相關器件。由於LM331採用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度範圍內和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態範圍寬，可達100dB;線性度好，最大非線性失真小於0.01%，工作頻率低到1Hz時尚有較好的線性;變換精度高，數字解析度可達12位;外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構成V/F或F/V等變換電路，並且容易保證轉換精度。LM331可採用雙電源或單電源供電，可工作在4.0～40V之間，輸出可高達40V，而且可以防止Vs短路。圖2是由LM331組成的典型的電壓/頻率變換器。

　　

 

　　其輸出頻率與電路參數的關係為：

　　Fout=Vin·Rs/(2.09·R1·Rt·Ct)

　　可見，在參數Rs、R1、Rt、Ct確定後，輸出脈衝頻率Fout與輸入電壓Vin成正比，從而實現了電壓-頻率的線性變換。改變式中Rs的值，可調節電路的轉換增益，即V和F之間的線性比例關係。將1～5V的電壓轉換成200～1000Hz的頻率信號，電路參數理論值為R=18kΩ，Ct=0.022uF，R1=100kΩ，Rs=16.5528kΩ，由於元器件與標稱值存在誤差，在電路參數基本確定後，通過調節Rs的電位器，可以實現所需V/F線性變換。

　　由Fout=Vin·Rs/(2.09·R1·Rt·Ct)可知，電阻Rs、R1、Rt和電容Ct直接影響轉換結果Fout，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據轉換精度適當選擇，其中Rt、Ct、Rs、R1要選用低溫漂的穩定元件，Cin可根據需要選擇0.1uF或1uF。電容C1對轉換結果雖然沒有直接的影響，但應選擇漏電流小的電容器。電阻R1和電容C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的幹擾脈衝，有利於提高轉換精度。電路中的47Ω電阻對確保電路線性失真度小於0.03%是十分必須的。

　　圖2電路是將1～5V的電壓轉換成200～1000Hz的頻率信號的典型電路及參數，要實現將4～20mA或0～5V轉換成200～1000Hz的頻率信號只要增加一些輔助電路即可實現，其他轉換也依此類推。

相關焦點

  • 多通道的I/V(電流/電壓)轉換器的設計方法與心得
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/175024.htm常用的信號轉換電路有採樣/保持(S/H)電路、電壓比較電路、V/f(電壓/頻率)轉換器、f/V(頻率/電壓)轉換器、V/I(電壓/電流)轉換器、I/V(電流/電壓)轉換器、A/D(模/數)轉換器、D/A
  • 交流電純電感電路中感抗電壓電流電功率的關係
    如日光燈電路的整流器，整流濾波電路的扼流圈，感應熔煉爐的感應圈，電力系統中限制短路電流的電抗器等，都可以看作是電感元件。感抗與電流和電壓的關係當交流電通過線圈時，在線圈中產生自感電動勢。根據電磁感應定律(楞次定律)，自感電動勢總是阻礙電路內電流的變化，形成對電流的「阻力」作用，這種「阻力」作用稱為電感電抗，簡稱感抗。
  • 電壓-頻率轉換器(VFC)電路
    電壓-頻率轉換器(VFC)電路有高的輸入阻抗，採用單電源工作，與微控制器對於高達700kHz的頻率，其線性誤差小於0.1%，動態範圍為60dB。電路採用了積分器、比較器和單穩架構(圖)。輸出頻率與輸入電壓成正比：f=(1/VCCtOS)VIN，其中，VCC是5V電源，tOS是單穩產生的脈衝周期，按照下式： tOS=0.7×ROS×COS。電源VCC必須經過濾和穩壓。如果電源波幅有變化，則校正曲線的斜率也會改變。
  • 電感元件電壓與電流的關係
    打開APP 電感元件電壓與電流的關係 網絡整理 發表於 2020-08-05 16:33:28 　　電感元件電壓與電流的關係
  • 電流轉電壓電路設計應用
    當進行以電流形式輸出的傳感器電路設計時，通常會通過以下的步驟進行設計：首先電流轉換為電壓，然後進行電壓變換使其適合MCU處理的電壓範圍。從上面的步驟看出電流轉換電壓是電流形式輸出傳感器設計的一個重點。下文將從簡單到複雜進行電流轉電壓電路的分析。
  • 電感電壓與電流的關係(大小/相位/頻率/數量關係)
    1、電感電流與電壓的大小關係為 感抗與電阻的單位相同，都是歐姆（W）。 感抗Xl與電感L、頻率f成正比，因此電感線圈對高頻電流的阻礙作用很大，而對直流則可視作短路。還應該注意，感抗只是電壓與電流的幅值或有效值之比，而不是它們的瞬時值之比。
  • 正弦交流電阻電感串聯電路中電壓與電流的計算
    單一元件正弦交流電路 　　在交流供電系統中，各種電器設備的作用雖然各不相同，但是從分析電路中的電壓、電流和能量轉換角度來看，除發電機是電源以外，其餘設備可歸納為三類元件：電阻元件、電感元件和電容元件。
  • 電流互感器的低頻率補償電路圖
    頻率補償電路圖1是將OP放大器A，作為電流輸人放大器，CT的可見負載電阻R，為0時的電路。由此電路可大幅度改善低頻的頻率特性，還有如要補償低頻域的增益，可插入反饋電容CF。
  • 3.7v升壓5v電路圖(七款3.7v升壓5v電路圖詳解)
    打開APP 3.7v升壓5v電路圖（七款3.7v升壓5v電路圖詳解） 發表於 2018-01-30 11:31:15 輸入電壓2.6-5.5V。»低保持電壓：0.9V，啟動電壓1.2V。»固定輸出電壓：5V1500mA。»外置開關MOS管。»封裝：SOT-23-5。LY9899»300KHzPFM/PWM自動轉換開關型DC-DC升壓轉換器。»低電壓啟動：0.8V啟動，輸入電壓0.8-6.5V。»輸出電壓範圍：1.5V~20V；可調輸出。»輸出電流：300mA~2000mA。»外置開關MOS管。»
  • 交流輸入電壓、電流監測電路設計
    、保護電路，防止外部輸入電壓或者負載出現異常時造成設備損毀。當這些情況發生時，供電線路上已不是理想的正弦波，採用平均值測量電路將會產生明顯的測量誤差。利用真有效值數字測量電路，可以準確、實時地測量各種波形的電壓、電流有效值。下面介紹的監測電路安裝於配電箱中，與外圍保護電路一起實現對電子設備保護的功能。
  • 帶曲率補償、工作電壓1.2 V、可調帶隙基準電壓電路
    通過標識3種帶隙基準電壓電路各個支路的電流，計算3種電路在2.5 V下的功耗，分別為0.72l mW，O.799 mW和0.859 mW。本設計所用到的三種帶隙基準電壓電路都是採用同一個運放。為得到較大的開環增益，該運放採用圖2所示兩級共柵共源結構，工作電壓2.5 V，輸入共模範圍：O.7～1.7 V，輸出電壓擺幅：0.45～2.35 v，運放開環增益85 dB，相位裕度55°，單位增益帶寬30 MHz，功耗0.645 mw。圖5為運放具體結構。
  • 隔離式電流-頻率轉換電路--4~20MA轉換成10KHZ
    可轉換成1~5V的電壓。本電路用在高噪聲電路中可起到隔離作用，它把電流轉換成0~10KHZ的頻率，然後可廉價的光耦合器輸出，如再在信號接收級配置適當的定時基準，並對單位時間內的平均脈衝婁進行計數，即可完成模擬數字轉換。
  • 交流純電容電路中,電壓和電流與電容的關係
    本文主要介紹交流純電容電路中，電容的容抗、容量和頻率與電壓和電流的關係。電容容抗如果不考慮電容器本身存在的洩露電阻影響，可以認為電容器是一個純電容負載。當電容器兩端接在交流電壓上，在電壓由零增至最大的過程中，對電容器充電，將會產生充電電流。
  • 一種基於頻率/電流轉換的4～20 mA電路設計
    摘要：探討了3種實現4～20 mA電路的方案，比較了其優缺點;重點介紹了利用LM331實現頻率/電壓轉換;再利用運放和三極體構成恆流電路，將電壓轉換成電流;實現4～20 mA輸出的頻率/電流轉換的工作原理，並且給出了具體器件參數和控制程序，驗證了相關數據。
  • 節點電壓分析電路
    > 節點電壓分析發現不同節點之間的電路周圍未知電壓降，為兩個或多個電路元件提供公共連接 節點電壓分析補充了以前的網格分析，它同樣強大，並基於相同的矩陣分析概念。顧名思義，節點電壓分析使用Kirchhoff第一定律的「Nodal」方程來找出電路周圍的電壓電位。 所以通過將所有這些節點電壓加在一起淨結果將等於零。然後，如果電路中有「n」個節點，則會有「n-1」個獨立的節點方程，僅這些就足以描述並因此解決電路。
  • 3.7v升壓12v升壓器電路圖大全(七款升壓器電路工作原理分析)
    從上面分析可以看出， 這個電路的工作頻率跟 R1， C1 都有關。也受 L1 的一點影響， 但影響不大。 這個電路的驅動能力， 跟 R1， L1 的取值和 Q1，Q2 的放大倍數關係比較大。， Q1 的電流達到最小值， 這時如果 Q2 還在飽和區 （L1 的內阻限制 Q2 的集電極電流進一步升高）， 這是耗電很大， 電路停振。
  • 如何在電壓控制電路中使用FET(第一部分)
    Xv1edncFET電壓控制電阻圖1顯示了一個N溝道FET的典型電流-電壓關係。Xv1ednc基本的壓控電阻（VCR）電路電壓控制電阻最簡單的一種用途是電子控制衰減器或「音量控制」。在圖3、圖4、圖5和圖6中，基本電路構成一個分壓器。Xv1ednc在每一個電路中，FET（Q1/Q2/Q3/Q4）的漏極和源極端子提供電壓控制電阻。當頻率大於20Hz時，C1的阻抗可被視為AC短路。
  • lc振蕩電路頻率怎麼計算_lc振蕩電路頻率計算(計算公式)
    設基極的瞬間電壓極性為正。經倒相集電壓瞬時極性為負，按變壓器同名端的符號可以看出，L2的上端電壓極性為負，反饋回基極的電壓極性為正，滿足相位平衡條件，偏離f0的其它頻率的信號因為附加相移而不滿足相位平衡條件，只要三極體電流放大係數B和L1與L2的匝數比合適，滿足振幅條件，就能產生頻率f0的振蕩信號。
  • 高電壓高精度電流檢測和輸出電平轉換電路圖
    打開APP 高電壓高精度電流檢測和輸出電平轉換電路圖 ADI 發表於 2013-11-26 15:26:01
  • 基於FPGA的高精度頻率電壓轉換系統設計實現
    傳感器輸出的脈衝頻率信號經信號調理電路調理後輸入FPGA，FPGA測量脈衝信號的頻率，根據系統精度要求，需設計Q格式定點運算，測得的頻率經FPGA定點運算後得到與頻率大小成線性關係的D/A轉換的數字量，控制串行DAC7551輸出相應的電壓值。實驗結果表明，系統的轉換精度優於0.1%，改變系統的設計參數可實現更高精度的頻率信號到電壓信號的轉換。