一文详解电压电流转换电路

今天给大家分享的是： 电压电流转换器 、 电压电流转换方法 、 电压电流转换仿真图 、 电压电流转换电路的作用 。

一、什么是电压电流转换电路?

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 ：

电压电流转换器

电压电流转换器

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。

二、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。

浮动负载电压电流转换器

对于输入回路，应用KVL，电压方程为：

电压方程

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 ：

输入电流

所以运算放大器的输出电流为：

输出电流

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：

负载电流

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 。

接地负载电压到电流转换器

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：

输出电压

但是对于非反相放大器， 传输增益A ：

传输增益

在这个电路中：

因此输出电压为：

输出电压

因此上述接地负载将变为：

负载公式

因此输出负载电流为：

输出负载电流

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 。

三、电压电流转换仿真图

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。

1、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 。

电压电流转换仿真图

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

电压电流转换仿真图

2、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

电压电流转换电路

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

电压电流转换电路

看下此中电路结构的带负载能力:10mA 最大带载为3.55K。

电压电流转换仿真图

3、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

四、电压电流转换电路的作用

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

审核编辑：汤梓红