大家讨论一下这个电压-电流转换电路

只看该作者 · 2008-3-15 23:23

请大家讨论一下如下的一个电压-电流转换电路,我的目的是要在Ui输入电压的控制(比如一个电压范围0-2V)下使RL（250欧）上得到4-20mA的电流输出,图中使用的运放是LM324,+5V单电源供电，三极管是9013.(9013的参数点这里查看)

现在的问题有:
1、如何分别确定R1，R4的阻值，设计三极管的静态工作点；
2、如何计算放大器的输出电压Uo;
3、以上问题是最终如何得到题目要求的4-20mA的对应输出。

4万 · 2008-3-16 03:31

R1可以不用，输出电流Ie＝Vin/R4

只看该作者 · 2008-3-16 19:25

这种电路的输出电流是与输入电压成比例的。0-2V与4-20mA显然不成比例。加一个直流电压Ua使得Ua/(Ua+2)=4/20，可求出Ua=0.5V。
实际的加法电路可以将Ui与Ua各自通过两个相同的电阻（例如100K）加到运放的10脚上。这样相加的结果等于(Ui+Ua)/2。所以可求出R4=0.5/2/4=62.5欧姆。
三极管只要考虑能否满足最大输出电流和最高耐压、最大功耗。9013输出20mA是没有问题的。最高工作电压可以这样求：最大输出电流20mA，负载250上的压降为5V，加上R4上的取样电压2.5V，再为9013保证最低C-E电压0.5V（D1没必要），所以VCC高于8V就可以了。例如VCC取9～12V，9013在这样的电压和功耗下是安全的。
运放的输出电压Uo等于R4上的取样电压加B-E结电压（约0.7V）再加R1上的压降。R4的取样电压就等于第10脚的输入电压，只要R1不是太大（实际R1可以不用），就没有必要担心Uo电压超出运放的许可输出范围。
参考电路如下：

再有几点需要注意：
1，三极管基极电流使得集电极与发射极电流不相等，会造成误差。如果换成小功率场效应管，效果更好些。
2，图中Ui与Ua的内阻都必须远小于100K。
3，R4需要用微调电阻，Ua(0.5V)可能也需要用微调电阻来产生。实际试验时，需要反复调节才能达到要求。

3万 · 2008-3-16 19:45

1万 · 2008-3-16 20:27

坛子里就需要你这样的，太详细了。

只看该作者 · 2008-3-16 23:09

非常感谢大家的讨论，我们在tuwen的分析中已经能把问题都看明白了。现在我还有一个问题，在tuwen给出的电路中的0.5V电压，我们在设计电路时一般都比较难得到类似的电压，所以我就想直接用电源给R2信号，而通过改变R2 、R1的阻值来得到所要求的电压，如下图所示。
现在的问题有：
我们应该如何快速计算R1、R2的阻值来保证电路按照要求的正常工作呢？