电压电流转换器原理与电路设计详解
电压电流转换器原理与电路设计详解
电压电流转换器是电子工程中的重要组件，它能够将电压信号转换为相应的电流信号。本文将详细介绍电压电流转换器的原理、方法和实际电路案例，包括无源版本、基于运算放大器的转换器以及集成的电压电流转换器。
电压电流转换电路是一种以电压为输入并产生电流输出的电子电路。一说起电压和电流之间的关系，大家很快就能想到欧姆定律：
U=I*R
当我们向一个固定电阻输入电压，就会有电流流过电阻。很明显，电阻决定了电压源电路中电流的大小，这个就可以用作简单的电压电流转换器。如下所示就是一个非常简单的电压电流转换器：
但实际上，除了输入电压之外，该转换器的输出电流还直接取决于所连接负载上的压降。
因此：V R=VIN-VL
这是属于无源版本，下面介绍几种电压电流转换方法。
这里介绍使用运算放大器的电压电流转换电路，使用运算放大器，可以简单地将电压信号转换为相应的电流信号，这里使用的是LM741运算放大器。
主要有2种方法：
浮动负载电压电流转换器
接地负载电压到电流转换器
1. 浮动负载电压电流转换器
顾名思义，负载电阻在该转换器电路中是浮动的，即电阻RL不接地，输入电压VIN提供给非反相输入端，反相输入端由RL电阻两端的反馈电压驱动。
该反馈电压由负载电流决定，并与输入差分电压VD串联，所以该电路又称为电流串联负反馈放大器。
对于输入回路，应用KVL，电压方程为：
由于运算放大器的传递函数或者增益非常大，因此：
由于运算放大器的输入电流：
所以运算放大器的输出电流为：
从上面的方程清楚地看出负载电流取决于输入电压和输入电阻。由于负载电流由电阻R控制，因此：
即输出电流与电路的输入电压成正比，比例常数为 1/R。
因此该转换器电路也称为跨导放大器，该电路的其他名称是电压控制电流源。负载类型可以是电阻性、电容性或者非线性负载，负载类型在上述等式中没有作用。
当连接的负载是电容时，电路将以稳定的速率充电或者放电。由于这个原因，转换器电路用于产生锯齿波和三角波形式。
2. 接地负载电压到电流转换器
在这个电路中就是负载始终接地。
对于电路分析，我们首先要确定电压Vin，然后才能实现输入电压和负载电流下之间的关系或者关联。因此，我们在节点V1处使用KVL定律，对于非反相放大器，增益为此处的电阻，因此输出中的电压如下：
但是对于非反相放大器，传输增益A：
在这个电路中：
因此输出电压为：
因此上述接地负载将变为：
因此输出负载电流为：
我们可以从上面的等式得出结论，电流 I L与电压 V IN和电阻R有关。
下面的电路是一种很常用的电压电流转换电路，也是一款恒流源电路。由一个运放、一个三极管以及若干电阻组成，结构简单易懂。
其输出电流为：Iout= Vref/Rs
以下的仿真都将在下面这个电路上进行参考。
- 运放采用OPA2363
VS1 为直流电源 2.5V
R6 为精密电阻250R
RL 为负载
可以看出电路输出电流为9.9mA，与理论电流值 2.5V/250R= 10mA 相差较小。
采用直流参数扫描，看一下10mA电流的带负载能力：10mA下，电路带载能力最大为2.06K
- 运放采用OPA2363，结构稍微复杂
这种结构的电压电流转换电路是书本上经常那提到的一种结构，结构稍复杂些。
其输出电流I=Ui/R3
然而这种结构的电路不常用，多使用上面路电路的变形：如下图
输出电流为：1.65V/165R= 10mA
看下此中电路结构的带负载能力:10mA 最大带载为3.55K。
- 集成的电压电流转换器
XTR111 是一款精密的电压电压电流转换电路，数据手册给出的参考电路：
集成的电压电流转换器
- 齐纳二极管测试仪
- 测试LED
- 测试二极管
- 低压交流和直流电压表
以上就是关于电压电流转换器的内容，希望大家能够点赞、分享、收藏，如有问题或者建议，欢迎在评论区留言。
文章部分参考来源：全栈程序员栈长，https://javaforall.cn/136971.html