電流電壓轉(zhuǎn)換器的制作與調(diào)試介紹

1、目錄 第 1 章 電流/電壓（I/V）轉(zhuǎn)換器的制作與調(diào)試 .2 1.1 設(shè)計任務(wù). 21.2 總體設(shè)計方案. .2 1.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計.2 1.3.1 電路原理.21.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 . 3 1.5 系統(tǒng)安裝、調(diào)試與參數(shù)測量 . 41.6 改進(jìn)意見與收獲體會 . 4第 2 章 電壓/電流（V/I）轉(zhuǎn)換器的制作與調(diào)試 .5 2.1 設(shè)計任務(wù).5 2.2 總體設(shè)計方案.5 2.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計. 7 2.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 .72.5 系統(tǒng)安裝、調(diào)試與參數(shù)測量 . 82.6 改進(jìn)意見與收獲體會 . 8 第 3 章 聲控式音樂彩燈控制器的制作與調(diào)試

2、.10 3.1 設(shè)計任務(wù). 103.2 總體設(shè)計方案. 10 3.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計. 10 3.3.1 電路原理. .10 3.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 .103.5 系統(tǒng)安裝、調(diào)試與參數(shù)測量 .10 3.6 改進(jìn)意見與收獲體會 .12 第1章 電流/電壓（I/V）轉(zhuǎn)換器的制作與調(diào)試1.1 設(shè)計任務(wù)熟悉有關(guān)運放的各類應(yīng)用電路，按設(shè)計要求寫出設(shè)計過程和調(diào)試過程及步驟。將 010 毫安電流信號轉(zhuǎn)換成 010 伏電壓信號。設(shè)計實現(xiàn)這一要求的電流/電壓轉(zhuǎn)換電 路，誤差控制在 5%以內(nèi)。 1.2 總體設(shè)計方案（1）無源I/V變換 無源I/V變換主要是利用無源器件電阻來實現(xiàn)，并加濾波和輸出

3、限幅等保護(hù) 措施。 （2）有源I/V變換 有源I/V變換主要是利用有源器件運算放大器、電阻組成。利用運算放大器 進(jìn)行對輸入信號的放大。將輸入電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，然后由運算放大器實 現(xiàn)電壓放大，從而完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換。 此設(shè)計利用運算放大器與電壓的并聯(lián)負(fù)反饋制作轉(zhuǎn)換器， 使輸入的一定量的 電流通過電路的作用在輸出端輸出一定的電壓， 制作并調(diào)試一個電流輸入電壓輸 出的電流/電壓（I/V）轉(zhuǎn)換器。 1.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計 1.3.1 電路原理電路采用電壓并聯(lián)負(fù)反饋和運放的虛短虛斷性質(zhì)， 在輸入端用一個較小的電 阻 R 采集電流，使輸入電流基本完全通過電阻，既而輸入電流轉(zhuǎn)化為 R 兩端電 壓輸入

4、，并通過一個比例運算放大電路控制電壓增益，得到一個輸入電流和輸出 電壓的關(guān)系式 。-15V 電壓那個支路是用來調(diào)零的：當(dāng)電流 Ii=0 時，調(diào)整電位器 使 V0=0(設(shè)左下角 10k 電位器電壓為 Vip)。 輸入端電阻 R 為電流采樣電阻， 很小 (電流表內(nèi)阻越小越好)，且一定滿足 R<<100k，故 Ii 在 R 上產(chǎn)生電壓。設(shè) R 上 端電位為 Vi1，R 下端電位為 Vi2，所以 Ii*R=(Vi1-Vi2)。右邊 10k 負(fù)責(zé)調(diào)整增益 的，設(shè)右邊 10k 電位器可調(diào)端電壓為 Vop，2 個 2k 電阻與 100k 電阻的連接節(jié)點 2 電位設(shè)為 Vn(上面的)和 Vp。輸入

5、輸出關(guān)系推導(dǎo)如下：由運放虛斷，則 2 個 2k 電阻上無電流，有： (Vi1-Vn)/100k=(Vn-Vop)/200k （式 1） (Vi2-Vp)/100k=(Vp-Vip)/200k (式2)由運放虛短，則 Vn=Vp （式3）聯(lián)立 3 個方程，得 Vop=Vip-2(Vi1-Vi2)=Vip-2*Ii*R 設(shè)右邊 10k 電位器上半邊電阻為 Rup，下半邊電阻為 Rdown，因為右邊 10k<<200k(最上邊的)，故 200k 的分流可忽略。則 Vop 是電位器分壓 Vo， Vop=Rdown×Vo÷(Rup+Rdown)=Rdown×Vo

6、÷10k 所以 Vo=(10k/Rdown)*Vop=(10k/Rdown)*(Vip-2*Ii*R) 1.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單電路圖如下：圖1.2 電壓電流轉(zhuǎn)換器 表 1.2 元器件清單名稱規(guī)格數(shù)量電阻100K3 電阻2K2電阻200K2滑動變阻器10K2運算放大器op071導(dǎo)線若干表 1.3 儀器儀表清單名稱數(shù)量直流穩(wěn)壓電源1數(shù)字萬用表1電流源1電路板11.5 系統(tǒng)安裝、調(diào)試與參數(shù)測量調(diào)節(jié)調(diào)零電阻，使得在零輸入時，輸出信號也為零。當(dāng)輸入電流變化時，輸 出電壓也隨之改變，說明電路工作正常。 按實驗電路圖焊接各個元器件，通過儀器儀表輸入所需電流，在輸出端測試 所要測

7、量的電壓，正確完成其調(diào)試，并記錄數(shù)據(jù)表格如下：表 1.4 參數(shù)測量電流信號（毫安）0246810電壓信號（伏）02.074.136.188.1810.12理論電壓信號（伏）02468101.6 改進(jìn)意見與收獲體會 改進(jìn)意見：電路板上元件距離分布不是太合理導(dǎo)致焊接路線的導(dǎo)線雜亂很難檢 測，稍有不注意容易短路造成器件損壞。 收獲： 學(xué)會了電流電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法， 培養(yǎng)了實踐技能， 提高了分析和解決實際問題的能力。 第 2 章 電壓/電流（V/I）轉(zhuǎn)換器的制作與調(diào)試 2.1 設(shè)計任務(wù)熟悉有關(guān)運放的各類應(yīng)用電路，按設(shè)計要求寫出設(shè)計過程和調(diào)試過程及步驟。將 010 伏電壓信號轉(zhuǎn)換成

8、010 毫安電流信號。設(shè)計實現(xiàn)這一要求的電壓/電流轉(zhuǎn)換電 路，誤差控制在 5%以內(nèi)。 2.2 總體設(shè)計方案（1）基本電路 在控制系統(tǒng)中，為了驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如記錄儀、續(xù)電器等，常需要將電壓轉(zhuǎn) 換為電流。一般在放大電路中引入合適的反饋，可以實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。 如圖2.1所示為實現(xiàn)電壓/電流轉(zhuǎn)換的基本原理電路。實際上該電路是一個反 相比例運算電路，故輸出電壓Uo與輸入電壓Ui反相。電阻RL跨接在集成運放的 輸出端和反相輸入端，引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋。同相輸入端通過電阻R1接地， R1為補(bǔ)償電阻， 以保證集成運放輸入級差分放大電路的對稱性； 其值為Ui=0 （即 將輸入端接地）時反相輸入端總等效電阻，即各支

9、路電阻的并聯(lián)，所以， R1=R/RL。 由于理想運放的凈輸入電流均為零，故R1中電流為零，所以 Un=Up=0，則 負(fù)載電流 I = IL = Ui R （2.3） 式（2.3）表明負(fù)載電流 I L 與Ui成線性關(guān)系。但是此電路設(shè)計電路中的負(fù)載 沒有接地，即負(fù)載RL處于浮地狀態(tài)；待變換的輸入電壓Ui受運放的最大共模輸入 電壓限制，雖然該設(shè)計雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但不適合用于某些應(yīng)用場合。所以在 設(shè)計中不用此方案。（2）豪蘭德(Howland)電流源電路 在實用電路中，常常需要負(fù)載電阻RL有接地端，為此產(chǎn)生了如圖2.2所示的 豪蘭德電流源電路。由于該電路引入深度負(fù)反饋，可以認(rèn)為集成運放的兩個輸入 端

10、電位UnUp,電流InIp0,因此在結(jié)點N的電流方程為 Ui ?Un Un ?U0 = R1 R2 因而N點的電位 Un ? ( (2.4) 結(jié)點P的電流方程 Ui U0 + ) * Rn R1 R2 ( Rn = R1 / R2 ) Up R 因而P點電位 + io = Uo ?U p R3 Up = ( (2.5) Uo ? io ) * ( R / R3 ) R3 由上推導(dǎo)，P 點的電壓近似等于 N 點的電壓，即 Un Up，并假設(shè) R2/R1=R3/R,利用式（2.4）和式（2.5）相等的關(guān)系，得到 Io=-Ui/R，由于輸出電 流與輸入電壓反相，不符合設(shè)計要求，所以也不采用此方法進(jìn)行

11、設(shè)計。 R1 Ui N A R3 Uo P RL R Io 圖 2.2 （3）實用電壓/電流轉(zhuǎn)換電路 豪蘭德電流源電路 6 結(jié)合以上分析，采用圖 2.3 的方案 2.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計圖 2.1 中，Vi 是輸入電壓，經(jīng)過運算放大器放大信號到輸出端，可調(diào)電阻 W1 是調(diào)零用的，以消除電路的零點誤差，可調(diào)電阻 W2 是調(diào)放大倍數(shù)用的，Rl 是負(fù)載電阻，允許在一定范圍內(nèi)變化，Io 是輸出電流。運算放大器的引腳接法如 下：2 接反向輸入端，3 接正向輸入端，4 接反向電壓，6 接輸出端，7 接正向電 壓。 電阻 R3 引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋， 電阻 R4 引入電壓并聯(lián)正反饋。 由虛短： V1=V2， 由

12、同相端虛斷：(Vi-V1)/R1=(V1-V4)/R4 => 即：Vi-V1=V1-V4，由反相端虛斷： (Vp-V2)/R2=(V2-V3)/R3 => 即：Vp-V2=V2-V3，所以：Vi-Vp=V3-V4，由節(jié)點 V4 的 KCL 關(guān) 系 有 ： (V3-V4)/W2+(V1-V4)/R4=Io ， 所 以 ： Io=(Vi-Vp)/W2+(V1-V4)/R4， 再由于 W2<<R4， 忽略 R4 的電流， Io(Vi-Vp)/W2。 則 總電路圖、元器件清單、 2.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單參考電路圖如下：圖 2.3 電壓電流轉(zhuǎn)換器 表 2.1元器

13、件清單名稱符號規(guī)格數(shù)量電阻R1,R2,R3,R4100K4電阻3K1電阻Rl1滑動變阻器W1,W21K2運算放大器op071導(dǎo)線若干表 2.2 儀器儀表清單名稱數(shù)量直流穩(wěn)壓電源2數(shù)字萬用表1電路板12.5 系統(tǒng)安裝、調(diào)試與參數(shù)測量在整個電路安裝完畢后，分別對各個模塊電路進(jìn)行調(diào)試。在這之前，先進(jìn)行 通電前的檢查，確定各部分電路是接線正確，電源、地線、信號線、元器件的引 腳之間無短路，元器件沒有接錯，尤其是集成芯片 OP-07 的安裝。然后進(jìn)行通 電檢查，接入電路所要求的電壓,電源電壓接入±15V，觀察電路中各部分的器件 有無異常。尤其觀察芯片是否過熱，如果過熱很有可能會被燒壞，則要降低

14、電源 電壓。在調(diào)試前，經(jīng)過仔細(xì)而謹(jǐn)慎地檢查，確信電路基本正常。 先進(jìn)行運放電路的調(diào)零： 將輸入信號接地， 調(diào)節(jié)滑動變阻器使得輸出也為零。 改變輸入電壓的值， 觀察輸出電流隨輸入的變化而變化， 說明電路可以正常工作。 按實驗電路圖焊接各個元器件，通過儀器儀表輸入所需電流，在輸出端測試 所要測量的電流，正確完成其調(diào)試，并記錄數(shù)據(jù)表格如下：表 2.3 參數(shù)測量 電壓信號（伏）0246810電流信號（毫安）0.321.913.925.937.969.12理論電流信號（毫安）02468102.6改進(jìn)意見與收獲體會改進(jìn)意見： 電路板上元件距離分布不是太合理導(dǎo)致焊接路線的導(dǎo)線雜亂很難檢測， 稍有不注 意容易

15、短路造成器件損壞。 收獲： 學(xué)會了電流電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法和性能指標(biāo)測試方法， 培養(yǎng)了實踐技能， 提高了分析和解決實際問題的能力。 第3章 3.1 設(shè)計任務(wù) 聲控式音樂彩燈控制器的制作與調(diào)試 熟悉各類電路和相關(guān)器件的功能作用， 按設(shè)計要求寫出設(shè)計過程和調(diào)試過程 及步驟。設(shè)計一種聲控式音樂彩燈控制電路，通過聲音的大小控制燈的亮度； 3.2 總體設(shè)計方案本設(shè)計由橋式整流電路、壓電陶瓷、可控硅等組成一個聲控式音樂彩燈控制 器的電路 3.3 系統(tǒng)分析與設(shè)計 3.3.1 電路原理由 D1D4 組成橋式整流電路，輸出直流電壓經(jīng)電阻 R1 限流電容 C 濾波使 發(fā)光管 LED 點亮發(fā)光，指示電路工作。此時

16、LED 兩端將得到 1.6V 左右的直流 壓降，作為控制回路 VT 的工作電壓。W 和 R2 作為三極管 VT 的集電極負(fù)載， 調(diào)整 W 阻值大小使 VT 集電極剛好處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。此時 VT 集電極即可控 硅 SCR 的控制端為低電位，SCR 阻斷，彩燈不亮。如環(huán)境有音樂聲波信號，經(jīng) 壓電陶瓷片 HTD 拾取后，即輸出相應(yīng)電信號加到 VT 的基極和發(fā)射極之間，其 信號負(fù)半周使 VT 的集電極電流減小，VT 退出飽和導(dǎo)通狀態(tài)而進(jìn)入放大狀態(tài)， 這時集電極電位變高，SCR 控制端獲得觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，彩燈 H 點亮。故彩燈 能隨 HTD 輸出電信號即聲波場強(qiáng)變化而閃爍， 調(diào)節(jié) W 可改變控制器的聲

17、控靈敏 度。 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單 3.4 總電路圖、元器件清單、儀器儀表清單參考電路圖如下：圖 3.1 聲控式音樂彩燈控制器的制作與調(diào)試表 3.1 元器件清單:名稱符號規(guī)格數(shù)量電阻R1 82K1電阻R24.7K1電阻R32M1滑動變阻器W118K1電容C22uF1發(fā)光管LED1三極管VT1可控硅SCR1二極管D1,D2,D3,D41N40014燈泡1導(dǎo)線若干表 3.2 儀器儀表清單:名稱數(shù)量220V 電壓源1數(shù)字萬用表1電路板1 3.5 系統(tǒng)安裝、調(diào)試與參數(shù)測量完成制作后，即可通電調(diào)試。接上 220V 交流電后，LED 應(yīng)發(fā)光指示。將電 位器 W 的阻值由大逐漸調(diào)小，當(dāng)調(diào)到某一

18、點時，彩燈 H 會常亮不閃，此時可把 11 W 往回調(diào)，即阻值稍大使彩燈 H 剛好熄滅，次位置為聲控靈敏度最高位置，加 大 W 靈敏度則逐漸減小。如果調(diào)小 W, 彩燈 H 始終不能點亮, 排除元器件故障 和接線錯誤外, 則是由于 VT 始終處于飽和導(dǎo)通狀態(tài), 故 SCR 一直處于關(guān)斷態(tài)。 此時可換用值稍小的管子或者增大電阻 R3 的阻值, 減小 VT 的基極電流來解 決； 如果 W 無論處于何位置, 彩燈 H 總是常亮不閃, 這是由于 VT 不能進(jìn)入飽和 導(dǎo)通狀態(tài), 集電極始終為高電位, 故 SCR 一直開通。 這時可換用值大一些的管 子來代換, 或?qū)?R3 阻值減小?？傊?W 應(yīng)有這樣一個調(diào)節(jié)范圍, W 調(diào)小到某 一位置時, 燈會亮不閃, W 調(diào)大則燈熄滅。 使用時, 將控制器放置在音響設(shè)備喇叭附近, 調(diào)整 W，就可以使彩燈隨音樂 節(jié)奏而閃爍。 3.6 改進(jìn)意見與收獲體會改進(jìn)意見： 學(xué)校提供電路板和元件時是全新的， 便于學(xué)生自己規(guī)劃焊接， 避免出現(xiàn)某些元件是壞的造成 調(diào)試時達(dá)不到原來預(yù)期期望，這樣給學(xué)生和老師都帶來麻煩！ 收獲體會： 1、了解了元件可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳的動能，對于該元件的應(yīng)用有了進(jìn)一步 認(rèn)識 2、學(xué)會了如何處理問題，檢查元器件是否損壞。 3、掌握了聲控彩燈的工作原理 參考資料： 1模