CN102393775A - 电压-电流转换电路 - Google Patents

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钱诚
金振华
凡冬青
刘中
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Abstract

一种电压-电流转换电路，包括待转换电压(Ui)、输出电流(Iout)、电阻(R3)以及连接在电阻(R3)与输出电流(Iout)之间的运算放大器(U1、U2)。该电压-电流转换电路还包括输出电流调节电路，其包括两个运算放大器(U3、U4)、电阻(R5、R6)以及电位器(Rp)，其中电位器(Rp)通过电阻(R5)和(R6)连接在电路的正、负工作电源(+VCC、-VCC)之间，电位器(Rp)的滑动端与运算放大器(U3)的同相输入端(IN+)相连，待转换电压(Ui)与运算放大器(U4)的同相输入端(IN+)相连，运算放大器(U4)的输出端(Uo4)连接至电阻(R3)。故通过调节电路中的电位器，使转换电路的输出电流得到小范围调整，实现高精度的电压-电流转换。

Description

电压-电流转换电路
技术领域
本发明涉及一种电流输出电路，尤其是一种电流输出电路中的电压-电流转换电路。
背景技术
在生产实践和科学研究等众多领域中，经常需要将设备前端电路采集到的电压信号转换为标准的0～20mA或者4～20mA电流信号，然后通过信号线传输到后级电路模块或其他显示、控制设备，以实现信号调理、机构驱动等目的。
图1所示为目前常用的电压-电流转换电路。Ui为待转换的输入电压，Iout为转换后的输出电流。
其中：U1、U2均引入了电路负反馈，U1构成同相求和电路，U2构成电压跟随器，取R1＝R2＝R3＝R4＝R。
Uo2＝Up2
Up1＝R4/(R3+R4)Ui+R3/(R3+R4)Up2＝0.5Ui+0.5Up2
Uo1＝(1+R2/R1)Up1＝2Up1
可得：Uo1＝Ui+Up2
Ro上的电压为：URo＝Uo1-Up2＝Ui
所以：Iout＝Ui/Ro
可见：在理论上，输出电流Iout的数值仅取决于输入电压Ui和电阻Ro的比值。但是在电路运行时，由于实际工作环境的差异以及元器件的精度误差等外界因素的影响，导致在相同输入电压的情况下，输出电流将会产生一定程度的偏差。这种情况对于需要高精度的电压-电流信号转换的场合是不适用的。因此，有必要对上述电路进行改进，使之能提高输出电流的精度，即电流输出值与理论值基本相吻合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种改进的电压-电流转换电路，其能提高电流输出精度。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种电压-电流转换电路，包括待转换电压Ui、输出电流Iout、电阻R3以及连接在电阻R3与输出电流Iout之间的运算放大器U1和运算放大器U2，其特征在于：所述电压-电流转换电路还包括输出电流调节电路，所述输出电流调节电路包括两个运算放大器U3、U4、电阻R5、R6以及电位器Rp，其中电位器Rp通过电阻R5和R6连接在电路的正、负工作电源+VCC、-VCC之间，电位器Rp的滑动端与运算放大器U3的同相输入端IN+相连，待转换电压Ui与运算放大器U4的同相输入端IN+相连，运算放大器U4的输出端Uo4连接至电阻R3。
优选地，所述电阻R5连接在电路的正工作电源+VCC与所述电位器Rp的上端之间。
优选地，所述电阻R6连接在电路的负工作电源-VCC与所述电位器Rp的下上端之间。
优选地，所述输出电流调节电路还包括电阻R7，所述运算放大器的反相输入端IN-与其输出端OUT连接后，再与所述电阻R7的左端相连。
优选地，所述输出电流调节电路还包括电阻R8，所述运算放大器U4的反相输入端IN-连接在电阻R7的右端与电阻R8的左端之间，而所述运算放大器U4的输出端OUT与电阻R8的右端、电阻R3的左端相连接。
优选地，所述输出电流调节电路还包括电阻R9，所述电阻R9连接在待转换电压Ui与所述运算放大器U4的同相输入端IN+之间。
优选地，所述输出电流调节电路还包括电阻R10，所述电阻R10的左端与所述电阻R9的右端相连，而其右端接地。
与现有技术相比，本发明提出了一种包括输出电流调节电路的电压-电流转换电路，其通过调节电路中的电位器，使转换电路的输出电流Iout得到小范围调整，从而可弥补由于工作环境的差异、元器件的误差等外部因素引起的输出电流偏差，实现高精度的电压-电流转换。
附图说明
图1现有技术中的电压-电流转换电路结构图。
图2本发明的电压-电流转换电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中技术方案进行清楚、完整的描述。
参照图2，对应于本发明最佳实施例的电压-电流转换电路为在本专利文件的背景技术中所描述的目前常用的电压-电流转换电路的基础上加入了输出电流调节电路，该输出电流调节电路位于虚线框内，其由运算放大器U3、U4，电阻R5～R10以及电位器Rp组成。+VCC和-VCC分别为电路的正、负工作电源。电阻R5的上端与电路的正工作电源+VCC连接，其下端与电位器Rp的上端连接；电阻R6的下端与电路的负工作电源-VCC连接，而其上端与电位器Rp的下端连接。运算放大器U3的同相输入端“IN+”与Rp的滑动端相连，其反相输入端“IN-”与其输出端“OUT”连接后，再与电阻R7的左端相连。电阻R9的左端与输入电压Ui连接，其右端与运算放大器U4的同相输入端“IN+”和电阻R10的左端连接，电阻R10右端与“地”连接。运算放大器U4的反相输入端“IN-”与电阻R7的右端、电阻R8的左端连接，其输出端“OUT”与电阻R8的右端、电阻R3的左端连接，通过电阻R3将已微调整的输入电压送到后级电路进行电压-电流转换，该后级电路即为背景技术中所描述的目前常用的电压-电路转换电路，在此不再赘述。
可见，运算放大器U3和电阻R5、R6以及定位器Rp组成输入电压Uadj可调的跟随器电路，Uadj为电位器Rp的滑动端上取出的电压值；运算放大器U3的输出电压为Uo3，与Uadj同相且数值相等。运算放大器U4和电阻R7～R10组成差分放大器，其输入分别为运算放大器U3的输出电压Uo3和待转换的输入电压Ui，输出电压为Uo4。
Uo4＝Ui(1+R8/R7)(R10/(R9+R10))-Uo3(R8/R7)；
选取R7＝R8＝R9＝R10，可得：Uo4＝Ui-Uo3；
Uo4作为后级通用电压-电流转换电路的输入电压，其工作原理如背景技术中所述，可得：输出电流Iout＝Uo4/Ro。
在实际工作时，首先调节定位器Rp的滑动端，使Uadj为零。然后输入电压Ui，进行电压-电流的转换。在电路输出端测量输出电流Iout的实际输出值，若输出电流Iout的数值与理想值发生偏差时，可通过调节电位器Rp的滑动端，改变运算放大器U3的输入电压Uadj即其输出电压Uo3，进而改变Uo4，调整Iout的输出值与理想值相一致，从而提高了转换电流的输出精度。
Uadj即Uo3的调节范围为：
Uo3(min)＝VCC-(2VCC/(R5+Rp+R6))*(R5+Rp)；
Uo3(max)＝VCC-(2VCC/(R5+Rp+R6))*R5；
通常，选取合适的电阻R5、R6、Rp的阻值，使输出电流Iout的电流调节范围在-1mA～+1mA之间。
通过上述描述可见，本发明提出了一种能提高电压-电流转换时电流输出精度的电路，其通过调节电路中的电位器Rp，使转换电路的输出电流Iout得到小范围调整，从而可弥补由于工作环境的差异、元器件的误差等外部因素引起的输出电流偏差，实现高精度的电压-电流转换。而且，本发明的电压-电流转换电路简单实用，调节方便，工作稳定，具有良好的实用效果。
虽然，本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种电压-电流转换电路，包括待转换电压(Ui)、输出电流(Iout)、电阻(R3)以及连接在电阻(R3)与输出电流(Iout)之间的运算放大器(U1)和运算放大器(U2)，其特征在于：所述电压-电流转换电路还包括输出电流调节电路，所述输出电流调节电路包括两个运算放大器(U3、U4)、电阻(R5、R6)以及电位器(Rp)，其中电位器(Rp)通过电阻(R5)和(R6)连接在电路的正、负工作电源(+VCC、-VCC)之间，电位器(Rp)的滑动端与运算放大器(U3)的同相输入端(IN+)相连，待转换电压(Ui)与运算放大器(U4)的同相输入端(IN+)相连，运算放大器(U4)的输出端(Uo4)连接至电阻(R3)。
2.根据权利要求1所述的电压-电流转换电路，其特征在于：所述电阻(R5)连接在电路的正工作电源(+VCC)与所述电位器(Rp)的上端之间。
3.根据权利要求1或2所述的电压-电流转换电路，其特征在于：所述电阻(R6)连接在电路的负工作电源(-VCC)与所述电位器(Rp)的下上端之间。
4.根据权利要求1所述的电压-电流转换电路，其特征在于：所述输出电流调节电路还包括电阻R7，所述运算放大器的反相输入端(IN-)与其输出端(OUT)连接后，再与所述电阻R7的左端相连。
5.根据权利要求1所述的电压-电流转换电路，其特征在于：所述输出电流调节电路还包括电阻(R8)，所述运算放大器(U4)的反相输入端(IN-)连接在电阻(R7)的右端与电阻(R8)的左端之间，而所述运算放大器(U4)的输出端(OUT)与电阻(R8)的右端、电阻(R3)的左端相连接。
6.根据权利要求1所述的电压-电流转换电路，其特征在于：所述输出电流调节电路还包括电阻(R9)，所述电阻(R9)连接在待转换电压(Ui)与所述运算放大器(U4)的同相输入端(IN+)之间。
7.根据权利要求6所述的电压-电流转换电路，其特征在于：所述输出电流调节电路还包括电阻(R10)，所述电阻(R10)的左端与所述电阻(R9)的右端相连，而其右端接地。
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