V—I，I—V转换电路的设计与探究

摘要：本设计主要采用OP07运算放大器，利用运放的知识将电流与电压之间进行线性变化，为了更适用于实际电路中，设计中线性变化的精度达到1%甚至更高。对于传感器传来的毫伏级电压，在原电路前级加上放大电路，同样可以达到电流电压线性变化效果，精度不变。

关键词：运算放大器；线性变换；电压；电流；精度

0引言

本设计电路主要用作模拟信号的远距离传输、压控电流源，因为电流电压转换接口低输入输出阻抗，高增益带宽。在工业控制系统中常常采用4～20毫安电流环作为传感器的输出信号，而我们常见的传感器输出信号是电压型的，所以我们需要使用V-I，I-V电路满足实际电路需求。在某些测量电路里面，还要求精度比较高的变换。本设计主要采用OP07运算放大器，利用运放的知识，将模拟电压信号线性转变成毫安级电流，反之亦然。其间呈线性变化。由于传感器输出的一般来说是毫伏级的电压信号，为了适应不同的传感器，我们还将设计电路满足当输入信号在毫伏变化时，输出电流线性变化，精度达到1%。

1.系统总体设计与分析

1.1. 总体设计思路

该系统由两部分组成：一是电压转换成电流电路部分，将0-5V的模拟电压信号线性转变成4-20mA的电流，即输入0V时输出4mA，输入5V时，输出20mA。其间呈线性变化，精度达到1%。一是电流转换成电压部分，将4-20mA的电流，转换到0-5V的电压信号，即输入4mA时输出0V，输入20mA时输出5V，精度达到1%。

1.2. V-I转换电路

基于运算放大器OP07的基本V-I变换电路可以保证负载电阻不影响电压电流的变换关系。在同相输入端与输出端加以电压跟随器，以实现共地输出的V-I变换。

由运放和阻容等元件组成的V-I变换电路如图1所示。 是比较器， 是电压跟随器，构成负反馈电路。

直线为理论值直线，将测量值标注在图中可以看出测量值在理论直线上微小浮动，但是紧贴直线变化，线性精度较高。

为了测试方便，在测试I-V变换电路的时候我们根据V-I测试出的输出电流理论参数作为I-V变换电路输入电流参数。考虑系统误差等因素的影响，由曲线图与误差分析可以看出，实验效果基本达到，电流电压变换成线性关系，前级加入放大电路放大信号后对电路变换影响很小，我们所设计的V-I，I-V变换精度比较高，可以运用到实际电路中。

3.结语

本设计主要运用运放的知识，利用成本较低，易于获得的常规器件以及较为简单的电路结构，将电流电压进行线性变换，用于远距离传输或者测量电路中，电路精度高。对于毫伏级电压输入可以设置前级放大电路，根据电路的不同，设置不同的放大倍数，对后级电路影响微小基本可以忽略，因此实用性较高，使用范围较广。

参考文献：

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2006

[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉：

华中科技大学出版社，2006

[3]刘祖刚.模拟电路分析与设计基础[M].北京：机

械工业出版社，2007

[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计（第

二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，

2011.2

[5]〔日〕铃木雅臣.周南生译.晶体管电路设计（上）

[M].北京：科学出版社，2004

[6]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛 常用电路模

块制作[M].北京：北京航空航天大学出版社，

2011.1