電流電壓轉(zhuǎn)換電路(共16頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題： 電流電壓轉(zhuǎn)換電路 題目一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1.將4mA20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成±10V的電壓信號(hào)，以便送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這種轉(zhuǎn)換電路以4mA為滿量程的0對(duì)應(yīng)10V，12mA為50對(duì)應(yīng)0V，20mA為100對(duì)應(yīng)10V。2用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源（±12V）。二、方案設(shè)計(jì)與論證題目要求之一：要求將4mA20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為±10V的電壓信號(hào)，可以在集成運(yùn)放引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，從而達(dá)到電流-電壓轉(zhuǎn)換。題目要求之二：要求用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的

2、7;12V直流電源。我們知道直流電源可由四部分構(gòu)成，變壓器，橋式整流電路，電容濾波電路及集成穩(wěn)壓電路構(gòu)成。通過(guò)對(duì)各元器件參數(shù)的計(jì)算及電路的組合分析可初步定制出原理圖。方案一:(一)：設(shè)計(jì)一個(gè)第一級(jí)增益為1的差動(dòng)輸入電路，第二級(jí)增益為2.5的電路。其原理圖為：（二）橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路設(shè)計(jì)（±12V）。根據(jù)其設(shè)計(jì)流程圖：我們分別設(shè)計(jì)出其四個(gè)部分的電路圖，再經(jīng)過(guò)組合得到其總原理圖為：方案一總結(jié)：優(yōu)點(diǎn)：精確，操作方便。缺點(diǎn)：一些2K電位器不易買到但可以用5K代替。方案二:（一）其原理圖為：（二）直流源設(shè)計(jì)同方案一方案二總結(jié)：優(yōu)點(diǎn)：電路雖較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)：器材不容易買到，像

3、運(yùn)放OP4558,溫度補(bǔ)償性二極管，很容易操作。通過(guò)對(duì)2個(gè)方案的比較分析，我們選出了最優(yōu)的方案方案一。420 mA電流提供部分也有兩種方案：方案一：電壓源串聯(lián)一電阻:電路如圖優(yōu)點(diǎn)：可提供一定電流，缺點(diǎn)：誤差很大，不能直觀讀出電流值。方案二：用VCCS受控源提供電流：電路如圖：優(yōu)點(diǎn)：可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器得到較大范圍電流，并直觀讀出。誤差很小。缺點(diǎn);接線方面不太穩(wěn)定。綜合參考：選方案二產(chǎn)生電流源電路三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算（一）第一級(jí)電流的計(jì)算；由于設(shè)計(jì)要求是要把4mA20mA的電流轉(zhuǎn)換成電壓，所以要提供電流源。可以用制作的直流源與一電位器串聯(lián)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器從而達(dá)到所需的電流。I=U/R,當(dāng)I=4

4、mA時(shí)，R=U/I=12V/4mA=3000;當(dāng)I=20mA時(shí)，R=12V/20mA=600.所以只要調(diào)節(jié)電位器的阻值在6003000之間就可以達(dá)到電流4mA20mA。選擇電位器R7為10K的電位器，R1=500可由二只1K電阻并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。這樣輸入電流4mA對(duì)應(yīng)電壓2V，輸入電流20mA對(duì)應(yīng)電壓10V。A1設(shè)計(jì)增益為1，對(duì)應(yīng)輸出電壓為-2V-10V.(二)第二級(jí)的計(jì)算：因?yàn)榈谝患?jí)電壓變化范圍為-2-（-10）=8V.而最終輸出應(yīng)為-10V+10V，變化范圍10V-(-10V)=20V，故A2級(jí)增益為20V/8V=2.5倍，又輸入電流為12mA時(shí)，A1輸出電壓為-12mA×0.5mA=-

5、6V.此時(shí)要求A2輸出為0V。故在A2反相輸入端加入一個(gè)+6V的直流電壓，使 A2輸出為0。A2運(yùn)放采用反相加法器，增益為2.5倍。取R3=10K,R4=10K,R6=25K(可以用100K的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以選擇100K的電位器)反相加法器引入電壓為6V，可以用一電位器與12V的電源串聯(lián)分壓，從而達(dá)到所需的6V. R5=R6/R3/R4=10K（二）橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊正負(fù)直流電源電路設(shè)計(jì)（±12V）。直流源四個(gè)組成部分分析：1、電源變壓器。其電路圖如下：由于要產(chǎn)生±12V的電壓，所以在選擇變壓器時(shí)變壓后副邊電壓u2應(yīng)大于24V，由現(xiàn)有的器材可選變壓后副

6、邊電壓u2為15V的變壓器。2、整流電路。其電路圖如下：橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。3、濾波電路。其電路圖如下：濾波電容容量較大，一般采用電解電容器。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。濾波電路輸出電壓波形如下：4、穩(wěn)壓電路。我們知道，三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。調(diào)成管決定輸出電壓值。由于本課程設(shè)計(jì)要求±12V 的輸出電

7、壓，所以我們選用7812和7912的三端穩(wěn)壓管 5電流轉(zhuǎn)換電壓原理及相關(guān)參數(shù)計(jì)算：（1）圖中A1運(yùn)放采用差動(dòng)輸入，其轉(zhuǎn)換電壓用電阻R1兩端接電流環(huán)兩端，阻值用500歐姆?？捎袃芍?K電阻并聯(lián)實(shí)現(xiàn) ，這樣輸入電流4mA對(duì)應(yīng)電壓為2V。輸入電流20mA對(duì)應(yīng)電壓10V。（2）A1設(shè)計(jì)增益為1，對(duì)應(yīng)輸出電壓為-2V-10V.故要求電阻R2,R3,R4和R5+RW阻值相等。選R2=R3=R4=10K,選R5=9.1K,RW1=2K,RW1用于調(diào)整電阻元件不對(duì)稱造成的誤差，使輸出電壓對(duì)應(yīng)在-2V-10V,變化范圍8V.（3）而最終電壓輸出應(yīng)為-10V10V.變化范圍是20 V。故要求A2級(jí)增益為2.5倍。

8、又輸出電流為12 mA時(shí)A1輸出電壓為-6V，此時(shí)要求A2輸出為0V，故在A2反相輸入端加入一個(gè)+6V的直流電壓，使A2輸出為0。（4）A2運(yùn)放采用反向加法器，增益為2.5 倍，取R6=R7=10K,R9=22K,RW2=5K,R8=R6R7R9=4K.取標(biāo)稱值R8=3.9K。（5）反相加法器引入電壓6V,通過(guò)穩(wěn)壓管經(jīng)電阻分壓取得，穩(wěn)壓管可選電壓管介于68V間的系列，取6.2V.（6）工作電流定在5mA左右。電位器電流控制在12 mA Irw3=6.2/2=3.1,R10=12V-V2/I2+IRW3=0.71K.取標(biāo)稱值R10=680歐姆，式中12V為電路工作電壓。（7）RW2用于設(shè)置改變?cè)?/p>

9、益或變換得斜率（4毫安對(duì)應(yīng)-10V,20毫安對(duì)應(yīng)+20V）調(diào)整RW2使變換電路輸出改變滿足設(shè)計(jì)要求。四、總原理總原理圖（一）電流電壓轉(zhuǎn)換電路（2）橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊±12V直流電源2元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注（單價(jià):元）R1，R21K30.1R2,R3,R4,R6,R710K50.1R10680歐姆10.1R922K10.1R83.9K10.1RW1,RW32K 電位器20.8RW25K 電位器10.8RW41K 電位器20.8RW110K 電位器10.8C1,C23300 uF 20.5C3,C40.47 uF20.3穩(wěn)壓管6.2V10.6C5,C61 uF20.

10、2C7,C8220 uF20.2D1 D2 D3 D4 D5In400760.2D7 D820.2變壓器U2=±15V1三端穩(wěn)壓管W7812 W7912Uo=±12V21.5五、安裝與調(diào)試(一)安裝依據(jù)已設(shè)計(jì)出的電路圖，合理地在電路板上布局，拉線。在安裝的過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：1、大電解電容的正負(fù)極不能接反；2、uA741的各管腳不能接錯(cuò)；3、三端穩(wěn)壓管三個(gè)端的作用一定要分清；4、焊時(shí)拉線要直，焊點(diǎn)應(yīng)均勻。（二）調(diào)試、直流源動(dòng)態(tài)調(diào)試將變壓器插頭插至220V交流電后，開(kāi)始測(cè)變壓器的副邊電壓U2及濾波輸出電壓U1、U2還有穩(wěn)壓管輸入電壓Ui1和Ui2，最后測(cè)試Uo1和Uo2。這幾

11、個(gè)步驟應(yīng)按順序進(jìn)行，若其中某一個(gè)步驟出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)停下進(jìn)程，切斷電源，查找和想法排解故障。、電流電壓轉(zhuǎn)換電路動(dòng)態(tài)調(diào)試1、先用仿真軟件將原理圖仿真，觀察其是否符合理論結(jié)果。仿真結(jié)果如下：可知原理圖符合實(shí)驗(yàn)要求，達(dá)到預(yù)期結(jié)果六、性能測(cè)試與分析(一)直流源性能測(cè)試與分析、直流源性能測(cè)試在調(diào)試成功后，我們開(kāi)始測(cè)試直流源各組成部分的輸入及輸出電壓。具體過(guò)程如下：a、用萬(wàn)用表交流檔測(cè)試副邊電壓U2，結(jié)果：U2+=14.9 V，U2-=-15V;b、用萬(wàn)用表直流檔測(cè)試濾波輸出電壓，結(jié)果：Uo+=17.8V，Uo-=-17.9V;c、用萬(wàn)用表直流檔測(cè)試穩(wěn)壓管輸入電壓，結(jié)果：Uo+=17.8V，Uo-=-17

12、.9V；d、用萬(wàn)用表直流檔測(cè)試穩(wěn)壓管輸出電壓，結(jié)果：Uo+=11.8V，Uo-=-11.9V；、直流源數(shù)據(jù)處理及誤差分析： 1、 數(shù)據(jù)處理：理論值：變壓器的副邊電壓： U2+=+15V U2-=-15V； 濾波輸出電壓： Uo+=+18V Uo-=-18V；穩(wěn)壓輸入電壓： Uo+=+18V Uo-=-18V； 穩(wěn)壓后輸出電壓： Uo+=+12V Uo-=-12V。 變壓器副邊： 1=|14.9-15|/15×100%=0.667%濾波輸出（穩(wěn)壓輸入）：2|17.8-18|/18×100%=1.11% 3|-17.9+18|/18×100%=0.56% 穩(wěn)壓電壓：

13、4=|11.8-12|/12×100%=1.58% 5=|-11.9+12|/12×100%=0.56%2、誤差分析：a、焊接技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致電路板沒(méi)達(dá)到理想結(jié)果；b、實(shí)驗(yàn)儀器不夠精確；c、電子元件制作不精良；d、實(shí)驗(yàn)者讀數(shù)時(shí)不仔細(xì)引入實(shí)驗(yàn)誤差；（二）電流電壓轉(zhuǎn)換電路性能測(cè)試與分析。I. 電流電壓轉(zhuǎn)換電路性能測(cè)試1.數(shù)據(jù)處理輸入電流(mA)第一級(jí)輸出電壓理論值（V）第一級(jí)輸出電壓實(shí)際值(V)第二級(jí)輸出電壓理論值(V)第二級(jí)輸出電壓實(shí)際值(V)4-2-2.04-10-9.95-2.5-2.62-8.75-8.656-3-2.95-7.5-7.357-3.5-3.4-6.25

14、-6.28-4-3.9-5-6.59-4.5-4.44-2.25-2.1810-5-4.96-1-1.112-6-5.8800.0515-7.5-7.43.754.920-10-9.87109.8當(dāng)I=4 mA時(shí)，E0=|-9.9-（-10）|/10×100%=1%當(dāng)I=5 mA時(shí)， E0=-8.75+8.65/8.75=當(dāng)I=6mA時(shí)， E0=-7.5+7.35/7.5=當(dāng)I=7mA時(shí)， E0=-6.25+6.2/6.25=1.14%當(dāng)I=8mA 時(shí)， E0=-5+6.5/5=30%當(dāng)I=9 mA時(shí)， E0=-2.25+2.18/2.25=3.11%當(dāng)I=10 mA 時(shí)，E0=-1

15、+1.1/1=10%當(dāng)I=12 mA時(shí)，E0|-0.05-0|/0×100%=0當(dāng)I=15mA時(shí)，E0=4.9-3.75/3.75=33.3%當(dāng)I=20 mA時(shí)，E0|9.8-10|/10×100%=2%2誤差分析a、直流電源提供的不是標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)稱的正負(fù)12V的電壓b、焊接技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致電路板沒(méi)達(dá)到理想結(jié)果；c、實(shí)驗(yàn)儀器不夠精確,集成運(yùn)放不是理想的；d、電子元件制作不精良；e、實(shí)驗(yàn)者讀數(shù)時(shí)不仔細(xì)引入實(shí)驗(yàn)誤差 七、結(jié)論與心得 很早就開(kāi)始準(zhǔn)備了，作品出來(lái)后替自己感到驕傲。俗話說(shuō)：態(tài)度決定一切，真的很對(duì)，畢竟一份耕耘一份收獲。那幾天幾乎泡在閱覽室了，早早的跑去占座位，關(guān)于電子設(shè)

16、計(jì)方面的書還真不少，發(fā)現(xiàn)不同版本的設(shè)計(jì)各有千秋。我印象比較深的是：張友漢的電子線路設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)版本中的設(shè)計(jì)采用對(duì)稱式接線，但變壓器屬于一對(duì)二類型，我覺(jué)得不管從變壓器來(lái)源和價(jià)格以及電路焊接方便來(lái)講都會(huì)比較麻煩，再者它采用的是兩個(gè)7812，未用到7912，不能很好的反映出78 系列與79 系列的管腳,接法 以及相對(duì)應(yīng)電壓特性。借鑒該原理圖在此基礎(chǔ)上稍做了修改，將控制-12伏電壓值的穩(wěn)壓管換成7912，其實(shí)我挺有把握的，離測(cè)試時(shí)間還挺長(zhǎng)，相應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換方面的資料也查閱到了。這件事就隔了幾天，我就是那種事先做好準(zhǔn)備但又不到緊要關(guān)頭不緊張的那種。呵呵、是不是有點(diǎn)矛盾呢？過(guò)了幾天，班上都開(kāi)始著急了，畢

17、竟這是入大學(xué)以來(lái)第一次作品，大家都追求完美，我覺(jué)得在這種班風(fēng)下學(xué)習(xí)挺好的。原理圖下來(lái)了，我對(duì)找了一下，與我之前自認(rèn)為勝券在握的原理圖差別挺大，比如說(shuō)：在整流濾波的后階段，用到的是2200 微法電容，穩(wěn)壓電路部分未用到220微法電容，還有負(fù)載，起確保電路電流經(jīng)過(guò)電路的發(fā)光二極管。看來(lái)問(wèn)題還挺大的，但心里還是挺欣慰，找出問(wèn)題及時(shí)修改。好戲還在后頭，在宿舍這個(gè)小家庭，有快樂(lè)也有競(jìng)爭(zhēng)。聽(tīng)好玩的，我們都抓緊把電路板給焊出來(lái)，其中涉及二極管PN接判斷啦，正向?qū)ǚ聪蚪刂咕筒徽f(shuō)了。7812管腳1 進(jìn)2 出3 接地，7912管腳2 進(jìn)3 出1 接地。在認(rèn)真布局仔細(xì)焊接下作品出來(lái)了，到實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)大體接近，誤

18、差很小，我又對(duì)我的焊接技術(shù)給與肯定。星期三晚上測(cè)試挺緊張的，有點(diǎn)擔(dān)心結(jié)果是數(shù)據(jù)還行，反倒因?yàn)槿f(wàn)用表短接冒火花給嚇著了。流程很順利。其實(shí)更值得高興的是電流電壓轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)，第一個(gè)方案設(shè)計(jì)只采用了一個(gè)運(yùn)放RC4558，看似簡(jiǎn)單，沒(méi)想到市場(chǎng)上很難買到，還有IS2190 溫度補(bǔ)償性二極管。我那幾天心急如焚，最后請(qǐng)教幾個(gè)學(xué)長(zhǎng)。直接用UA741代替也行哦。電路板是給焊出來(lái)了，我一直在想那個(gè)問(wèn)題，用什么提供電流源。用電壓源串聯(lián)電阻實(shí)現(xiàn)，是個(gè)辦法。結(jié)果給燒壞了電阻，老師直接批評(píng)這種方法不好。有兩點(diǎn)：誤差較大；不能直觀讀出電流。老師到給了一個(gè)妙招；用VCCS電路提供電流源。結(jié)果弄了挺久，為什么，最大也只能提供15

19、毫安電流。待實(shí)驗(yàn)室不停的疑惑 ，接錯(cuò)線了？NO,原來(lái)老的目的還是那個(gè)：得好好考考你們，終于我還是想出來(lái)了。在運(yùn)放輸入端并聯(lián)1 k 的電位器。結(jié)果可變電流可達(dá)30 毫安之多，成功了。真是一波三折。設(shè)計(jì)如愿的完成了，總結(jié)這個(gè)過(guò)程，重要的一點(diǎn)是：做任何事情都要有準(zhǔn)備，其次是堅(jiān)持堅(jiān)持再堅(jiān)持，不斷完善，追求完美。我估計(jì)78 79 系列會(huì)深深烙在腦海中，還有VCCS電路板。所以一分耕耘一分收獲，機(jī)會(huì)垂青有準(zhǔn)備的人。 由此實(shí)驗(yàn)可知，集成運(yùn)放引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋可以實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。這個(gè)實(shí)驗(yàn)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，即1.將4mA20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成±10V的電壓信號(hào)，以便送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這種轉(zhuǎn)換電

20、路以4mA為滿量程的0對(duì)應(yīng)10V，12mA為50對(duì)應(yīng)0V，20mA為100對(duì)應(yīng)10V。2用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)電路所需的正負(fù)直流電源（±12V） 總之此次課程設(shè)計(jì)對(duì)我而言意義非凡，它讓我找回了對(duì)此課程的興趣，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化我的動(dòng)手能力。最后感謝曾老師在這個(gè)過(guò)程中對(duì)我們的幫助及耐心指導(dǎo)！八、參考文獻(xiàn) 1.張友漢 電子線路設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè) 2童詩(shī)白、華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版3彭介華 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)4王港元 電工電子實(shí)踐指導(dǎo)5高吉祥 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程6電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試（第二版），謝自美主編，華中理工大學(xué)出版社（2000）7電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，彭介華主編，高等教育出版社（2000）8555集成電路實(shí)用大全，郝鴻安等主編，上?？茖W(xué)普