电流电压转换电路模拟电路课程设计.docx
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电流电压转换电路模拟电路课程设计
3.20电流/电压转换电路
一.实验目的
掌握工业控制中标准电流信号转换成电压信号的电流/电压变换器的设计与调试。
二.实验原理
在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA,为此,常要先将其转换成±10V;的电压信号,以便送给各类设备进行处理。
这种转换电路以4mA为满量程的0%对应-10V;12mA为50%对应0V;20mA为100%对应+10V。
参考电路见图3-20-1所示。
图中A1运放采用差动输入,其转换电压用电阻R1两端接电流环两端,阻值用500Ω,可由二只1KΩ电阻并联实现。
这样输入电流4mA对应电压2V,输入电流20mA对应电压10V。
A1设计增益为1,对应输出电压为-2V~-10V。
故要求电阻R2,R3,R4和R5+RW阻值相等。
这里选R2=R3=R4=10KΩ;选R5=9.1KΩ,RW1=2KΩ。
Rw1是用于调整由于电阻元件不对称造成的误差,使输出电压对应在-2V~-10V。
变化范围为-2-(-10)=8V.
而最终输出应为-10V~+10V,变化范围10V-(-10V)=20V,故A2级增益为20V/8V=2.5倍,又输入电流为12mA时,A1输出电压为-12mA×0.5mA=-6V.此时要求A2输出为0V。
故在A2反相输入端加入一个+6V的直流电压,使 A2输出为0。
A2运放采用反相加法器,增益为2.5倍。
取R6=R7=10KΩ,R9=22KΩ,RW2=5KΩ,R8=R6//R7//R9=4KΩ,取标称值R8=3.9KΩ。
反相加法器引入电压为6V,通过稳压管经电阻分压取得。
稳压管可选稳定电压介于6~8V间的系列。
这里取6V2,稳定电压为6.2V。
工作电流定在5mA左右。
电位器电流控制在1~2mA左右。
这里IRW3=6.2V/2K=3.1mA。
则有(12V-VZ)/R10=IZ+IRW3
故
取标称值R10=750Ω.式中12V为电路工作电压。
RW2用于设置改变增益或变换的斜率(4mA为-10V,20mA为+10),通过调整RW2使变换电路输出满足设计要求。
三.设计任务
1.预习要求
熟悉有关运放的各类应用电路,按设计要求写出设计过程和调试过程及步骤。
2.设计要求
(1)基本要求
将标准电流环输出电流4mA~20mA转换为标准电压±10V。
12mA对应0V。
试设计实现这一要求的电流/电压转换电路,误差控制在5%以内,电路工作电源取±12V或±15V。
(2)提高要求
设计一电压/电流变换电路,±10V对应20mA,0V对应12mA,-10V对应4mA,可查询或参考其他有关资料。
四.调试步骤
1.根据原理自拟调试步骤。
建议逐级调试,直至最后输出达到指标要求。
2.拟定5~10个测试点,取点应均匀,作出电流电压变换特性曲线。
五.实验报告要求
1.设计好的电路图
2.调试步骤
3.关系曲线
4.最终完成的电路图
六.思考题
1.A1运放构成差动输入,若将同相端与反相端对调,可行吗?
若行,试给出相应的变换电路
2.按本实验方式设计一个电压/电流变换电路,将±10V电压转换成4~20mA的电流信号。
七.仪器与器件
1.仪器
双踪示波器1台
多路稳压电源1台
数字万用表1块
实验板1块
2.器件
OP072只
6V21只
5K多圈电位器1只
2K多圈电位器2只
电阻、导线若干
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