電壓/電流轉換電路

電壓/電流轉換即V/Izhuanhuan，shijiangshurudedianyaxinhaozhuanhuanchengmanzuyidingguanxidedianliuxinhao，zhuanhuanhoudedianliuxiangdangyigeshuchuketiaodehengliuyuan

，qishuchudianliuyingnenggoubaochiwendingerbuhuisuifuzaidebianhuaerbianhua。V/I轉換原理如圖1。

 圖1：V/I轉換電路原理

由圖1可見，電路主要元件為一運算放大器LM324和三極管BG9013及其他輔助元件構成，V0為偏置電壓，Vin為輸入電壓即待轉換電壓，R　為負載電阻。其中運算放大器起比較器作用
，將正相端電壓輸入信號與反相端電壓V-進行比較
，經運算放大器放大後再經三極管放大
，BG9013的射級電流Ie作用在電位器Rw上。

由上述分析可見
，輸出電流Io的大小在偏置電壓和反饋電阻Rw為定值時，與輸入電壓Vin成正比，而與負載電阻R　的大小無關

，說明了電路良好的恒流性能。改變V0的大小
，可在Vin=0時改變Io的輸出。在V0一定時改變Rw的大小
，可以改變Vin與Io的比例關係。由Io≈(V0+Vi)/Rw　關係式也可以看出
，當確定了Vin　和Io之間的比例關係後
，即可方便地確定偏置電壓V0和反饋電阻Rw。例如將0～5V　電壓轉換成0～5mA的電流信號，可令V0=0，Rw=1kΩ，其中Vo=0相當於將其直接接地。若將0～5V電壓信號轉換成1～5mA電流信號

，則可確定V0=1.25V，Rw=1.25kΩ。同樣若將4～20mA　電流信號轉換成1～5mA電流信號
，隻需先將4～20mA轉換成電壓即可按上述關係確定V0和Rw的參數大小，其他轉換可依次類推。

為了使輸入輸出獲得良好的線性對應關係

，要特別注意元器件的選擇，如輸入電阻R1、R2及反饋電阻Rw，要yao選xuan用yong低di溫wen漂piao的de精jing密mi電dian阻zu或huo精jing密mi電dian位wei器qi，元yuan件jian要yao經jing過guo精jing確que測ce量liang後hou再zai焊han接jie，並bing經jing過guo仔zai細xi調tiao試shi以yi獲huo得de最zui佳jia的de性xing能neng。我wo們men在zai多duo次ci實shi際ji應ying用yong中zhong測ce試shi，上shang述shu轉zhuan換huan電dian路lu的de最zui大da非fei線xian性xing失shi真zhen一yi般ban小xiao於yu0.03%　，轉換精度符合要求。

電壓/頻率轉換電路

電壓/頻率轉換即V/F　轉(zhuan)換(huan)，是(shi)將(jiang)一(yi)定(ding)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)按(an)線(xian)性(xing)的(de)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)頻(pin)率(lv)信(xin)號(hao)
，當(dang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)時(shi)，輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)也(ye)響(xiang)應(ying)變(bian)化(hua)。針(zhen)對(dui)煤(mei)礦(kuang)的(de)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)
，我(wo)們(men)隻(zhi)分(fen)析(xi)如(ru)何(he)將(jiang)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)200～1000Hz的頻率信號。

實現V/F　轉換有很多的集成芯片可以利用
，其中LM331是一款性能價格比較高的芯片，由美國NS公司生產
，是一種目前十分常用的電壓/頻率轉換器，還可用作精密頻率電壓轉換器、A/D轉換器、線性頻率調製解調、長時間積分器及其他相關器件。由於LM331采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個工作溫度範圍內和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。

LM331的動態範圍寬，可達100dB;線性度好，最大非線性失真小於0.01%　

，工作頻率低到1Hz時尚有較好的線性;變換精度高，數字分辨率可達12位;外接電路簡單
，隻需接入幾個外部元件就可方便構成V/F或F/V　等變換電路，並且容易保證轉換精度。LM331可采用雙電源或單電源供電，可工作在4.0～40V　之間，輸出可高達40V

，而且可以防止Vs短路。圖2是由LM331組成的典型的電壓/頻率變換器。

 圖2：V/F轉換電路原理圖

可見，在參數Rs、R1、Rt、Ct確定後
，輸出脈衝頻率Fout與輸入電壓Vin成正比，從而實現了電壓-頻率的線性變換。改變式中Rs的值，可調節電路的轉換增益
，即V和F之間的線性比例關係。將1～5V　的電壓轉換成200～　1000Hz的頻率信號
，電路參數理論值為R　=18kΩ
，Ct=0.022uF，R1=100kΩ，Rs=16.5528kΩ
，由於元器件與標稱值存在誤差
，在電路參數基本確定後

，通過調節Rs的電位器，可以實現所需V/F線性變換。

電阻Rs
、R1、Rt和電容Ct直接影響轉換結果Fout，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據轉換精度適當選擇，其中Rt、Ct
、Rs
、R1要選用低溫漂的穩定元件，Cin可根據需要選擇0.1uF　或1uF　。電容C1對轉換結果雖然沒有直接的影響，但應選擇漏電流小的電容器。電阻R1和電容C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的幹擾脈衝，有利於提高轉換精度。電路中的47Ω　電阻對確保電路線性失真度小於0.03%　是十分必須的。

圖2電路是將1～5V　的電壓轉換成200～1000Hz的頻率信號的典型電路及參數
，要實現將4～20mA或0～5V轉換成200～1000Hz的頻率信號隻要增加一些輔助電路即可實現
，其他轉換也依此類推。

結語

以(yi)上(shang)介(jie)紹(shao)的(de)兩(liang)個(ge)轉(zhuan)換(huan)電(dian)路(lu)所(suo)需(xu)費(fei)用(yong)低(di)，且(qie)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)
，調(tiao)試(shi)方(fang)便(bian)，非(fei)常(chang)易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)，並(bing)且(qie)經(jing)過(guo)我(wo)們(men)的(de)礦(kuang)用(yong)監(jian)測(ce)設(she)備(bei)多(duo)次(ci)的(de)實(shi)際(ji)現(xian)場(chang)應(ying)用(yong)
，其(qi)對(dui)於(yu)國(guo)內(nei)一(yi)般(ban)的(de)煤(mei)礦(kuang)安(an)全(quan)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)的(de)接(jie)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)要(yao)求(qiu)都(dou)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)滿(man)足(zu)應(ying)用(yong)。