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單運放電壓電流轉換電路的工作原理分析

CHANBAEK ? 來源:電堂2018 ? 作者:電堂2018 ? 2023-10-30 15:09 ? 次閱讀

1、 工作原理分析

圖5.39為單運放電壓—電流轉換電路圖,首先對電路進行工作原理分析:U1A、R1、R2、R3和R4實現差分放大功能。正常工作時節點電壓VN=、VP=,根據運放虛短、虛斷工作原理,VN=VP,所以=,即VIN=V1-V2。相對于采樣電阻RS,電阻R4阻值非常大,所以輸出電流Iout==,輸入電壓與輸出電流成線性關系,通過調節采樣電阻RS和輸入電壓VIN實現輸出電流控制。

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圖5.39 單運放電壓—電流電路

第1步:對電路進行瞬態仿真分析,圖5.40和圖5.41分別為瞬態和參數仿真設置,圖5.42為輸出電流波形。由仿真結果可得,當輸入電壓為0V時輸出電流約為0A,當輸入電壓為5V時輸出電流約為20mA。

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圖5.40 瞬態仿真設置

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圖5.41 輸入電壓參數仿真設置

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圖5.42 輸出電流波形

第2步:直流仿真分析——輸入電壓與輸出電流傳輸特性。圖5.43、圖5.44和圖5.45分別為直流分析仿真設置、仿真波形和數據。當輸入電壓為0—5V時,輸出電流最小值為11.945uA,最大值為20.023mA,整體誤差優于千分之一。穩壓管D1實現等效負載功能,當輸出懸空時電流通過D1回到地,整體電路閉環恒流工作,避免輸出懸空時電路偏置在極端飽和狀態。另外根據輸出電壓大小選擇合適的D1穩壓管型號,避免正常工作時穩壓管限壓。差分電阻R4的阻值對輸出電流精度將會產生影響,因為輸出電流Iout通過電阻R4進行流通,如果R4相對于RS阻值非常大,并且輸出電壓很低,影響將會非常?。蝗绻颂幉捎眠\放跟隨后再與電阻R4連接,輸出電流將不再受電阻R4影響,精度將會大大提高。

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圖5.43 直流仿真設置

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圖5.44 輸出電流波形

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圖5.45 仿真數據

2、 附錄——關鍵仿真器件模型

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