3.20電流/電壓轉換電路
一． 實驗目的
掌握工業控制中標準電流訊號轉換成電壓訊號的電流/電壓變換器的設計與除錯。
二． 實驗原理
在工業控制中各類感測器常輸出標準電流訊號4~20ma，為此，常要先將其轉換成±10v；的電壓訊號，以便送給各類裝置進行處理。這種轉換電路以4ma為滿量程的0%對應-10v；12ma為50%對應0v；20ma為100%對應+10v。參考電路見圖3-20-1所示。
圖中a1運放採用差動輸入，其轉換電壓用電阻r1兩端接電流環兩端，阻值用500ω，可由二只1kω電阻併聯實現。這樣輸入電流4ma對應電壓2v，輸入電流20ma對應電壓10v。a1設計增益為1，對應輸出電壓為-2v~-10v。
故要求電阻r2,r3,r4和r5+rw阻值相等。這裡選r2=r3=r4=10kω；選r5=9.1kω，rw1=2kω。
rw1是用於調整由於電阻元件不對稱造成的誤差，使輸出電壓對應在-2v~-10v。變化範圍為-2-（-10）=8v.
而最終輸出應為-10v~+10v，變化範圍10v-(-10v)=20v，故a2級增益為20v/8v=2.5倍，又輸入電流為12ma時，a1輸出電壓為-12ma×0.5ma=-6v.
此時要求a2輸出為0v。故在a2反相輸入端加入乙個+6v的直流電壓，使a2輸出為0。a2運放採用反相加法器，增益為2.
5倍。取r6=r7=10kω，r9=22kω，rw2=5kω，r8=r6//r7//r9=4kω，取標稱值r8=3.9kω。
反相加法器引入電壓為6v，通過穩壓管經電阻分壓取得。穩壓管可選穩定電壓介於6~8v間的系列。這裡取6v2，穩定電壓為6.
2v。工作電流定在5ma左右。電位器電流控制在1~2ma左右。
這裡irw3=6.2v/2k=3.1ma。
則有 （12v-vz）/r10=iz+irw3
故取標稱值r10=750ω.式中12v為電路工作電壓。
rw2用於設定改變增益或變換的斜率(4ma為-10v，20ma為+10)，通過調整rw2使變換電路輸出滿足設計要求。
三． 設計任務
1． 預習要求
熟悉有關運放的各類應用電路，按設計要求寫出設計過程和除錯過程及步驟。
2． 設計要求
（1） 基本要求
將標準電流環輸出電流4ma~20ma轉換為標準電壓±10v。12ma對應0v。試設計實現這一要求的電流/電壓轉換電路，誤差控制在5%以內，電路工作電源取±12v或±15v。
（2） 提高要求
設計一電壓/電流變換電路，±10v對應20ma，0v對應12ma，-10v對應4ma，可查詢或參考其他有關資料。
四． 除錯步驟
1． 根據原理自擬除錯步驟。建議逐級除錯，直至最後輸出達到指標要求。
2． 擬定5~10個測試點，取點應均勻，作出電流電壓變換特性曲線。
五． 實驗報告要求
1． 設計好的電路圖
2． 除錯步驟
3． 關係曲線
4． 最終完成的電路圖
六． 思考題
1． a1運放構成差動輸入，若將同相端與反相端對調，可行嗎？若行，試給出相應的變換電路
2． 按本實驗方式設計乙個電壓/電流變換電路，將±10v電壓轉換成4~20ma的電流訊號。
七． 儀器與器件
1． 儀器
雙蹤示波器 1臺
多路穩壓電源 1臺
數字萬用表 1塊
實驗板1塊
2． 器件
op072只
6v21只
5k多圈電位器 1只
2 k多圈電位器 2只
電阻、導線若干
電路電流電壓知識框架
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