電壓電流轉(zhuǎn)換電路的工作原理分析

1、工作原理分析

圖5.22和為電壓—電流轉(zhuǎn)換電路圖。首先進行電路工作原理分析：Vref提供偏置電壓，使得輸入信號為0V時輸出電流為4mA；輸入信號IN控制輸出電流；三極管Q1和Q2實現(xiàn)信號變換和放大；電阻R1、R2和R3實現(xiàn)反饋和比率變換。

圖5.22 電壓—電流轉(zhuǎn)換電路

表5.3 電壓—電流轉(zhuǎn)換電路仿真元件列表

圖5.23 瞬態(tài)仿真設(shè)置

圖5.24 輸入電壓參數(shù)仿真設(shè)置

圖5.25 輸出電流波形

圖5.26 輸出電流數(shù)據(jù)

圖5.23和圖5.24分別為瞬態(tài)和參數(shù)仿真設(shè)置，測試輸入電壓為0V和5V時的輸出電流。圖5.25和圖5.26分別為輸出電流波形和仿真數(shù)據(jù)，由仿真結(jié)果可得，當輸入電壓為0V時輸出電流為3.955mA，當輸入電壓為5V時輸出電流為19.781mA。

誤差分析：輸出誤差主要由三極管放大倍數(shù)引起，IB電流分流產(chǎn)生影響，但是IB和IE的比值為定值，通過優(yōu)化電阻R2阻值可滿足精度要求。電流誤差約為-1.1%，所以提高電阻R2阻值為2k(1+1.1%)=2.022k，仿真數(shù)據(jù)如圖5.27所示，整體誤差優(yōu)于千分之一。

圖5.27 R2=2.022k時輸出電流數(shù)據(jù)

第2步：直流仿真分析——輸入電壓與輸出電流傳輸特性。

圖5.28 直流仿真設(shè)置

圖5.29 輸出電流波形

圖5.30 仿真數(shù)據(jù)

圖5.28、圖5.29和圖5.30分別為直流分析仿真設(shè)置、仿真波形和數(shù)據(jù)。當輸入電壓為0—5V時，輸出電流最小值為3.9985mA，最大值為20.001V，與設(shè)計值一致，具體數(shù)據(jù)如表5.4所示，輸入電壓分辨率為0.1V。

表5.4 電壓—電流數(shù)據(jù)

2、 附錄——關(guān)鍵仿真器件模型