电压电流转换器 – 定义、电路、类型

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在电气和电子电路中，有两个基本的电量，即电流和电压。有时，我们需要将这两个量相互转换。为此，设计了被称为转换器的电子电路。根据转换方式，转换器有两种类型，即**电压电流转换器（V/I转换器）**和**电流电压转换器（I/V转换器）**。

在本文中，我们将讨论**电压电流转换器（或V/I转换器）**的定义、电路图、类型和应用。让我们从电压电流转换器的基本介绍开始。

什么是电压电流转换器？

将电压作为输入并产生电流作为输出的电子电路称为**电压电流转换器**。电压电流转换器也称为V/I转换器。

换句话说，产生与施加电压成正比的电流的电子电路称为电压电流转换器（V/I转换器）。

电压电流转换器用于仪表电路。其中，电压电流转换器产生与输入电压对应的电流。因此，它可以将电压形式的电数据转换为电流形式。电压电流转换器的框图如图1所示。

电压电流转换器的转换比

电压电流转换器的输出电流与输入电压之比称为转换器的**转换比**。

$$ \mathrm{转换比，A=\frac{输出电流\left ( I_{out} \right )}{输入电压\left ( V_{in} \right )}} $$

电压电流转换器的电路图

可以使用运算放大器实现电压电流转换器。在实践中，IC LM741运算放大器通常用于此目的。运算放大器可以将电压信号转换为相应的电流信号。

使用运放的典型电压电流转换器的电路图如图2所示。

在使用运放的电压电流转换器中，输入电压信号施加到运放的同相端，而输出电流则通过输出端引出。

电压电流转换器的类型

有两种类型的电压电流转换器是使用运放实现的：

• 浮载电压电流转换器
• 接地负载电压电流转换器

让我们逐一详细讨论这两种类型的电压电流转换器。

浮载电压电流转换器

顾名思义，在该类型的电压电流转换器中，负载电阻在转换器电路中保持浮动，被称为**浮载电压电流转换器**。“浮载”表示负载电阻未连接到地。浮载电压电流转换器的电路图如图3所示。

在浮载电压电流转换器中，输入电压 (V_in) 提供给运算放大器 (Op-Amp) 的同相端，而运放的反相端则提供反馈电压 (V_f)。反馈电压由输出电流决定。在这种类型的电压电流转换器中，反馈电压 (V_f) 与输入差分电压 (V_d) 串联。因此，浮载电压电流转换器也称为**电流串联负反馈放大器**。

浮载电压电流转换器的电压方程是通过在输入回路中应用KVL获得的：

$$ \mathrm{V_{in}=V_{d}+V_{f}} $$

运放的传递函数或增益 (A) 非常大。因此，V_d = 0。

$$ \mathrm{\therefore V_{in}=V_{f}} $$

由于运放的输入电流 I_B 为零。

$$ \mathrm{\therefore V_{in}=I_{o}\times R} $$

因此，输出电流为：

$$ \mathrm{I_{o} =\frac{V_{in}}{R} } $$

因此，从上式可以看出，输出电流取决于电路的输入电压和输入电阻。由于输出电流由电阻R控制，因此：

$$ \mathrm{I_{o} \propto V_{in} } $$

即输出电流与电路的输入电压成正比。

接地负载电压电流转换器

在**接地负载电压电流转换器**中，负载电阻 R_L 的一端始终连接到地。接地负载电压电流转换器也称为**霍兰德电流转换器**。这种电压电流转换器的电路图如图4所示。

为了分析接地负载电压电流转换器的电路，我们首先确定输入电压 𝑉_𝑖𝑛 和输出电流 𝐼_𝑂 之间的关系。为此，我们在节点 𝑉₁ 处应用 KVL，得到：

$$ \mathrm{I_{1}+I_{2} = I_{o}} $$

$$ \mathrm{\Rightarrow \frac{V_{in}-V_{1}}{R}+\frac{V_{o}-V_{1}}{R}=I_{o}} $$

$$ \mathrm{V_{in}+V_{o}-2V_{1}=I_{o}R} $$

但是，对于同相放大器，传递增益 A 为：

$$ \mathrm{A=1+\left ( \frac{R_{f}}{R_{1}} \right )} $$

在这个电路中：

$$ \mathrm{R_{f}=R_{1}=R} $$

$$ \mathrm{\therefore A=1+\frac{R}{R}=2} $$

因此，输出端的电压为：

$$ \mathrm{V_{o}=2V_{1}} $$

因此，接地负载电压电流转换器的上述电压方程将变为：

$$ \mathrm{V_{in}+2V_{1}-2V_{1}=I_{o}R} $$

$$ \mathrm{\therefore V_{in}=I_{o}R} $$

因此，输出负载电流为：

$$ \mathrm{ I_{o}=\frac{V_{in}}{R}} $$

因此，很明显，输出电流与输入电压 V_in 和电阻 R 有关。

结论

在本文中，我们详细讨论了电压电流转换器。电压电流转换器用于测试 LED 和二极管。它们也用于低电压交流和直流电压表以及齐纳二极管测试仪。