一文詳解電壓電流轉(zhuǎn)換電路

今天給大家分享的是： 電壓電流轉(zhuǎn)換器 、 電壓電流轉(zhuǎn)換方法 、 電壓電流轉(zhuǎn)換仿真圖 、 電壓電流轉(zhuǎn)換電路的作用 。

一、什么是電壓電流轉(zhuǎn)換電路?

電壓電流轉(zhuǎn)換電路是一種以 電壓為輸入并產(chǎn)生電流輸出的電子電路 。 一說起電壓和電流之間的關(guān)系，大家很快就能想到 歐姆定律 ：

U=I*R

當我們向一個固定電阻輸入電壓，就會有電流流過電阻。 很明顯，電阻決定了電壓源電路中電流的大小，這個就可以用作簡單的電壓電流轉(zhuǎn)換器。 如下所示就是一個 非常簡單的電壓電流轉(zhuǎn)換器 ：

電壓電流轉(zhuǎn)換器

電壓電流轉(zhuǎn)換器

電壓電流轉(zhuǎn)換器

但實際上，除了輸入電壓之外，該轉(zhuǎn)換器的輸出電流還直接取決于所連接負載上的壓降。

因此：V R=VIN-VL

這是屬于無源版本，下面介紹幾種電壓電流轉(zhuǎn)換方法。

二、電壓電流轉(zhuǎn)換方法

這里介紹使用運算放大器的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，使用運算放大器，可以簡單地將電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號，這里使用的是 LM741運算放大器 。

主要有2種方法：

浮動負載電壓電流轉(zhuǎn)換器

接地負載電壓到電流轉(zhuǎn)換器

1、浮動負載電壓電流轉(zhuǎn)換器

顧名思義，負載電阻在該轉(zhuǎn)換器電路中是浮動的，即 電阻RL不接地 ，輸入電壓VIN提供給非反相輸入端， 反相輸入端由RL電阻兩端的反饋電壓驅(qū)動 。

該反饋電壓由負載電流決定，并與輸入差分電壓VD串聯(lián)，所以該電路又稱為電流串聯(lián)負反饋放大器。

浮動負載電壓電流轉(zhuǎn)換器

對于輸入回路，應(yīng)用KVL，電壓方程為：

電壓方程

由于運算放大器的傳遞函數(shù)或者增益非常大，因此：

由于運算放大器的 輸入電流 ：

輸入電流

所以運算放大器的輸出電流為：

輸出電流

從上面的方程清楚地看出 負載電流取決于輸入電壓和輸入電阻 。由于負載電流由電阻R控制，因此：

負載電流

即輸出電流與電路的輸入電壓成正比，比例常數(shù)為 1/R。

因此該轉(zhuǎn)換器電路也稱為跨導(dǎo)放大器，該電路的其他名稱是電壓控制電流源。負載類型可以是電阻性、電容性或者非線性負載，負載類型在上述等式中沒有作用。

當連接的負載是電容時，電路將以穩(wěn)定的速率充電或者放電。由于這個原因，轉(zhuǎn)換器電路用于產(chǎn)生鋸齒波和三角波形式。

2、接地負載電壓到電流轉(zhuǎn)換器

在這個電路中就是 負載始終接地 。

接地負載電壓到電流轉(zhuǎn)換器

對于電路分析，我們首先要確定電壓Vin，然后才能實現(xiàn)輸入電壓和負載電流下之間的關(guān)系或者關(guān)聯(lián)。因此，我們在 節(jié)點V1處使用KVL定律 ，對于非反相放大器，增益為此處的電阻，因此輸出中的電壓如下：

輸出電壓

但是對于非反相放大器， 傳輸增益A ：

傳輸增益

在這個電路中：

因此輸出電壓為：

輸出電壓

因此上述接地負載將變?yōu)椋?/p>

負載公式

因此輸出負載電流為：

輸出負載電流

我們可以從上面的等式得出結(jié)論， 電流 I L與電壓 V IN和電阻R有關(guān) 。

三、電壓電流轉(zhuǎn)換仿真圖

下面的電路是一種很常用的 電壓電流轉(zhuǎn)換電路 ，也是一款 恒流源電路 。由一個運放、一個三極管以及若干電阻組成，結(jié)構(gòu)簡單易懂。

其輸出電流為：Iout= Vref/Rs

以下的仿真都將在下面這個電路上進行參考。

1、運放采用OPA2363

VS1 為直流電源 2.5V

R6 為精密電阻250R

RL 為負載

可以看出 電路輸出電流為9.9mA，與理論電流值 2.5V/250R= 10mA 相差較小 。

電壓電流轉(zhuǎn)換仿真圖

采用直流參數(shù)掃描，看一下10mA電流的帶負載能力：10mA下，電路帶載能力最大為2.06K

電壓電流轉(zhuǎn)換仿真圖

2、運放采用OPA2363，結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜

這種結(jié)構(gòu)的電壓電流轉(zhuǎn)換電路是書本上經(jīng)常那提到的一種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜些。

其輸出電流I=Ui/R3

電壓電流轉(zhuǎn)換電路

然而這種結(jié)構(gòu)的電路不常用，多使用上面路電路的變形：如下圖

輸出電流為：1.65V/165R= 10mA

電壓電流轉(zhuǎn)換電路

看下此中電路結(jié)構(gòu)的帶負載能力:10mA 最大帶載為3.55K。

電壓電流轉(zhuǎn)換仿真圖

3、集成的電壓電流轉(zhuǎn)換器

XTR111 是一款精密的電壓電壓電流轉(zhuǎn)換電路， 數(shù)據(jù)手冊給出的參考電路 ：

集成的電壓電流轉(zhuǎn)換器

四、電壓電流轉(zhuǎn)換電路的作用

齊納二極管測試儀

測試LED

測試二極管

低壓交流和直流電壓表

審核編輯：湯梓紅