电压电流转换电路 电压/电流与电压/频率转换电路（V/I、V/F电路）

1个电压/电流转换电路

电压/电流转换，即V/I转换，是将输入电压信号转换成满足一定关系的电流信号。转换后的电流相当于一个输出可调的恒流源，其输出电流应稳定，不随负载的变化而变化。V/I转换原理如图1所示。

从图1可以看出，电路中的主要元件是运算放大器LM324、三极管BG9013和其他辅助元件。V0为偏置电压，Vin为待转换的输入电压，r为负载电阻。其中，运算放大器充当比较器，将正相端电压的输入信号与反相V-的端电压进行比较，反相V-的端电压经运算放大器放大后，再经三极管放大。BG9013的发射极电流Ie作用在电位计Rw上。根据运算放大器的特性:

V-=Ie Rw=Ib Rw

流经负载r的电流Io，即BG9013的集电极电流等于k Ib。假设R1=R2，那么就有

V 0+Vm = V+= V-=Ib Rw =Io Rw

1，所以Io≈/Rw。

从以上分析可以看出，在偏置电压和反馈电阻Rw不变的情况下，输出电流Io与输入电压Vin成正比，与负载电阻r无关，说明电路具有良好的恒流性能。当Vin=0时，改变V0的大小可以改变Io的输出。当V0不变时，可以通过改变Rw的大小来改变Vin与Io的比值。从Io∑/Rw RelatiOn还可以看出，在确定Vin和Io之间的比例关系后，可以很容易地确定偏置电压V0和反馈电阻Rw。比如将0 ~ 5v电压转换成0 ~ 5ma电流信号，可以使V0=0，rw = 1kω，其中Vo=0相当于直接接地。如果将0 ~ 5v的电压信号转换成1 ~ 5ma的电流信号，就可以确定V0=1.25V，Rw = 1.25kΩ。同样，如果将4 ~ 20mA的电流信号转换成1 ~ 5mA的电流信号，只需将4 ~ 20mA转换成电压，就可以根据上述关系确定V0和Rw的参数，其他转换可以依次类推。

为了在输入和输出之间获得良好的线性对应关系，应特别注意元件的选择，如输入电阻R1和R2以及反馈电阻Rw。应选择具有低温度漂移的精密电阻或精密电位计。部件应在精确测量和仔细调试后焊接，以获得最佳性能。我们在许多实际应用中测试过，上述转换电路的最大非线性失真一般小于0.03%，转换精度满足要求。

2电压/频率转换电路

电压/频率转换，即V/F转换，将某一输入电压信号按照线性比例关系转换成频率信号。当输入电压变化时，输出频率也会对变化做出响应。根据煤矿的特殊要求，我们只分析如何将电压转换成200 ~ 1000 Hz的频率信号。

实现V/F转换的集成芯片有很多，其中LM331是一款高性能高价格的芯片，由美国NS公司生产。是目前非常常用的电压/频率转换器，也可以用作精密的频率-电压转换器、A/D转换器、线性调频解调、长时间积分器等相关器件。LM331采用新型温度补偿带隙基准电路，在整个工作温度范围内精度高，电源电压低至4.0V..LM331具有高达100dB的宽动态范围。线性度好，最大非线性失真小于0.01%，工作频率低至1Hz。转换精度高，数字分辨率高达12位；外部电路简单，只需连接几个外部元件即可构成V/F或F/V转换电路，转换精度容易保证。LM331可以采用双电源供电，也可以采用单电源供电，可以在4.0~40V之间工作，输出可以高达40V，可以防止Vs短路。图2是由LM331构成的典型电压/频率转换器。

其输出频率与电路参数之间的关系是:

Fout=Vin Rs/

可以看出，参数rs、R1、Rt、Ct确定后，输出脉冲频率Fout与输入电压Vin成正比，从而实现了电压与频率的线性变换。改变公式中Rs的值可以调节电路的转换增益，即V和f的线性比例关系，1 ~ 5 V的电压转换成200 ~ 1000 Hz的频率信号。电路参数的理论值为R = 18kΩ，Ct=0.022uF，R1 = 100kω，Rs = 16.5528kΩ。由于元器件与标称值之间的误差，在电路参数基本确定后，通过调整rs的电位器，可以实现所需的V/F线性变换。

从Fout = vin rs/可以看出，电阻Rs、R1、Rt、电容Ct直接影响转换结果Fout，因此对元器件的精度有一定的要求，可以根据转换精度适当选择，其中Rt、Ct、Rs、R1应选择温度漂移小的稳定元器件，Cin可根据需要选择0.1uF或1uF。虽然电容C1对转换结果没有直接影响，但应选择漏电流小的电容。电阻R1和电容C1构成低通滤波器，可以减少输入电压中的干扰脉冲，提高转换精度。电路中的47ω电阻是确保电路线性失真小于0.03%所必需的。

图2所示电路是将1 ~ 5v电压转换成200 ~ 1000hz频率信号的典型电路和参数。要将4 ~ 20ma或0 ~ 5v转换成200 ~ 1000hz的频率信号，只需增加一些辅助电路等就可以实现。