VI电路设计.pdf
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VI电路设计.pdf
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电压电流变换(V/I)在某些场合,负载要求电流源驱动,而实际的信号可能是电压源。
因此要求将电压源信号变换成电流源信号,并且不论负载如何变化,电流源电流只取决于输入电压源信号,而与负载无关。
另外,在信号的远距离传输中,由于电流信号相对电压信号不易受到干扰,因此也需要将电压信号变换为电流信号来传输,如工业标准420mA电流输出。
以下给出几个V/I变换的例子,并给出相应计算过程与仿真结果。
要求不高的场合,运放可以选择通用运算放大器LM358,要求高的场合可以选高精度、低噪声的OPA228;电流输出能力不能满足要求时可以加三极管扩流,三极管的选用依电流决定,小电流可使用S8050,电流可以达到1.5A,大电流可使用TIP41,电流可以达到6A;如果运放的驱动能力不够,不足以驱动三极管工作,那么可以选用达林顿管来扩流,如TIP122,。
输出电流可以达到5A,但是基极驱动需要很小的电流。
例一、如图:
运放A的负反馈条件成立,故“虚短路”概念成立。
同相端电压:
VU反相端电压:
RSIU虚短路:
UURSIVRSVI可见负载电流I与V成正比,且与负载RL无关。
例例一(一
(1)EWB仿真结果如图:
负载电阻为567欧姆,在一定范围内变动时,输出的电流保持12毫安不变。
缺点:
负载是悬空的。
例例一一
(2)例二、如图:
其实本电路就是一个反相比例放大器,我们关心的并不是放大倍数,而是由“虚断路”知道:
流过RS的电流等于流过RL的电流,由“虚短路”知道:
运放A的反相输入端电压VU0,所以电流RSVRSVI0所以负载电流与负载RL无关。
例例二(二
(1)仿真结果如图:
mAKVI10110缺点:
负载是悬空的。
例二(例二
(2)例三、如图:
例二中电流的输出能力决定于运放,一般的运放只能输出或吸入十几到几十毫安的电流,如果不能满足电路要求,则需要加三极管扩流。
图中的电压反馈点仍然是电阻RS上的电压,而电流主要由三极管提供,因此输出电流能力取决于三极管。
所以电流RSIRSVI例三(例三
(1)仿真结果如图。
电流较大时,采样电阻的阻值一般要取的比较小,功率较大,一方面降低功率消耗,另一方面也可以降低压降损失。
特点:
负载接电源。
例三(例三
(2)例四、如图:
A2为一个电压跟随器,作阻抗变换。
A1为一个同相加法器。
对于A1的同相端和反相端分别有:
2211212URRRVRRRU1433URRRURSUUI21及UU例四(例四
(1)令KRRRR4321整理得:
112111UKKUKKVK所以有:
RSKVRSUUI21,其中4321RRRRK与负载电阻无关。
如图:
214321RRRRKmAKVI101215图四(图四
(2)特点:
本电路中的负载为接地负载,该电路与外设“共地”时更为方便。
例五、如图:
对上一个电路扩流,得到本电路。
例例五(五
(1)如图,仿真结果。
特点:
负载为接地负载。
例例五(五
(2)例六、如图:
令21RR则:
VUUURRRS21RSVRSUIRS注意:
上面的计算是趋于理想化的,严格来讲,111)1(BEII222)1(BEII例六(例六
(1)当121时可以认为CBEIII这时才有VUUURRRS21所以在使用元件时,两个三极管要尽量选择相同型号,同一批次的,参数才会相近。
特点:
负载是接地负载。
例六(例六
(2)例七、如图:
RSZUU所以RSURSUIZRS例七(例七
(1)从仿真结果中可以看出,三极管的基极电流还是不小的,如果从集电极取电流会有误差。
例七(例七
(2)例八、如图:
RSVrefITL431的VVref5.2例八(例八
(1)由于EWB中没有TL431元件,所以本电路用MULTISIM10仿真,结果如图。
例八(例八
(2)例九、模电书上的一个例子:
23RIRUUUOOURRRVRRRU411414由UU且设4231RRRR,则变换关系可为2RVI可见电流I与V成正比且与负载RL无关。
例九(例九
(1)仿真结果注意负载上的电流为负值!
本电路中负载为接地负载。
例九(例九
(2)
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