级《模拟电子技术》课程设计说明书电压电流转换器院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：、职称专业：班级：完成时间：《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院摘要电压电流转换器是将输入的电压信号转换成电流信号的电路，是电压控制的电流源。
在工业控制和许多传感器的应用电路中,摸拟信号输出时,一般是以电压输出。
在以电压方式长距离传输模拟信号时,信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减,信号接收端的输入电阻越低,电压衰减越大。
为了避免信号在传输过程中的衰减,只有增加信号接收端的输入电阻,但信号接收端输入电阻的增加,使传输线路抗干扰性能降低,易受外界干扰,信号传输不稳定,这样在长距离传输模拟信号时,不能用电压输出方式,而把电压输出转换成电流输出。
另外许多常规工业仪表中,以电流方式配接也要求输出端将电压输出转换成电流输出。
V/I转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号,有利于信号长距离传输。
课题所设计的V/I转换器可实现输入为0-5V直流电压，输出为0-10mA的直流电流；输入为0-10V直流电压，输出为0-10mA的直流电流；输入为-10V—+10V直流电压，输出为4-20mA的直流电流。
其中，对于-10V—+10V转换为4-20mA，首先采用一个电压串联负反馈电路，将输入电压放大一定倍数，再采用一个电流串联负反馈电路将电压转换为对应的电流输出。
经过后期测试，设计电路符合课题设计要求。
关键词：电压控制电流源；长距离传输；电压串联负反馈电路；电流串联负反馈电路1.绪论 (1)1.1 设计意义及背景 (1)1.2 设计任务 (1)1.3 设计要求 (1)2 电路设计方案 (2)2.1电压电流转换器电路的主要组成框图 (2)2.2电压电流转换器电路的原理 (2)2.3 电路主要组成结构 (2)2.3.1电压串联负反馈电路 (2)2.3.2 电流串联负反馈基本电路 (3)3 元器件选择及单元电路的参数设计 (4)3.1元器件介绍与选择 (4)3.1.1 UA741C运算放大器 (4)3.1.2运算放大器选择 (4)3.2 单元电路的参数设计 (5)3.2.1 0—5V转换0—10mA电路的参数设计 (5)3.2.2 0—10V转换0—10mA电路的参数设计 (5)3.2.3 -10V—10V转换4—20mA电路的参数设计 (5)3.3 直流稳压电源的设计 (6)3.5.1 设计技术指标 (6)3.5.2 电路的设计 (6)3.5.3 变压器的选择 (6)3.5.4 整流器的选择 (6)3.5.5 电容的选择 (7)3.5.6 电阻的选择 (7)3.5.7 选择三端稳压器 (7)4 电路仿真 (8)4.1 仿真电路图 (8)4.1.1 0—5V转换0—10mA电路仿真图 (8)4.1.2 0—10V转换0—10mA电路仿真图 (8)4.1.3 -10V—10V转换4—20mA电路仿真图 (9)4.2 仿真结果 (9)5 电压电流转换器的组装与调试 (10)5.1 组装 (10)5.1.1 电路原理图的验证 (10)5.2 电路的调试 (10)5.3 误差分析 (12)结束语 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录1 元器件清单 (16)附录2 电路原理图 (18)附录3 PCB图 (19)附录4 电路实物图 (20)1.绪论1.1 设计意义及背景电压电流转换器是将输入的电压信号转换成电流信号的电路，是电压控制的电流源。
在工业控制和许多传感器的应用电路中,摸拟信号输出时,一般是以电压输出。
在以电压方式长距离传输模拟信号时,信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减,信号接收端的输入电阻越低,电压衰减越大。
为了避免信号在传输过程中的衰减,只有增加信号接收端的输入电阻,但信号接收端输入电阻的增加,使传输线路抗干扰性能降低,易受外界干扰,信号传输不稳定,这样在长距离传输模拟信号时,不能用电压输出方式,而把电压输出转换成电流输出。
另外许多常规工业仪表中,以电流方式配接也要求输出端将电压输出转换成电流输出。
V/I转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号,有利于信号长距离传输。
V/I转换器可由晶体管等多种器件组成。
电压/电流转换即V/I转换，是将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。
一般来说，电压电流转换电路是通过负反馈的形式来实现的，可以是电流串联负反馈，也可以是电流并联负反馈。
电流串联负反馈为同相端输入，电流并联负反馈为反相端输入。
0-5V/0-10mA,0-10V/0-10mA并不适用于一般反相端输入。
设计电流并联负反馈电路会比较复杂，故选用电流串联负反馈电路。
1.2 设计任务设计一种电压电流转换电路,实现不同区间电压电流的转换。
1.3 设计要求输入为0-5V直流电压，输出为0-10mA的直流电流；输入为0-10V直流电压，输出为0-10mA的直流电流；输入为-10V-+10V直流电压，输出为4-20mA的直流电流。
2 电路设计方案2.1电压电流转换器电路的主要组成框图在此次课程设计中，设计思路是第一步首先将电压放大一定倍数，然后通过运放将电压转换为相应的电流，电压电流转换器电路的主要组成框图如图1所示图1 电压电流转换器电路的主要组成框图2.2电压电流转换器电路的原理在本次设计中，需要实现正向直流电压.向正向直流电流的转换以及负向直流电压向正向直流电流的转换。
因而需要分步考虑设计电路。
首先，输入为0-5V直流电压，输出为0-10mA的直流电流。
输入为0-10V 直流电压，输出为0-10mA的直流电流。
可一起考虑，设计一个电压电流负反馈电路，然后调整电阻阻值即可实现上述两步。
然后，输入为-10V-+10V直流电压，输出为4-20mA的直流电流。
这是本次课程设计的重点。
在设计中，将其先通过一个电压串联负反馈电路将电压放大，然后经过一个电压电流转换器将其转换为相应的电流输出。
2.3 电路主要组成结构2.3.1电压串联负反馈电路这种组态中，反馈网络的输入端口与基本放大电路的输出端口并联连接，而反馈网络的输出端口与基本放大电路的输入端口串联连接。
电压负反馈的重要特点是具有稳定输出电压的作用。
电压负反馈能减小oV受LR等变化的影响，说明电压负反馈放大电路具有良好的恒压输出特性。
电压负反馈放大电路如图2所示。
图2电压串联负反馈电路2.3.2 电流串联负反馈基本电路电流负反馈的特点是维持输出电流基本恒定，当电路中i V一定，由于负载电阻LR增加使输出电流减小时，引入负反馈后，电路将自动进行调整。
因此，电流负反馈具有近似于恒流的输出特性。
电流串联负反馈基本电路如图3所示。
图3电流串联负反馈基本电路3 元器件选择及单元电路的参数设计3.1元器件介绍与选择3.1.1 UA741C运算放大器uA741M，uA741I，uA741C（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用。
这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。
这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。
图4 UA741C运算放大器管脚图uA741M，uA741I，uA741C芯片引脚和工作说明：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源， 8空脚。
3.1.2运算放大器选择在此次课题设计中，运算放大器选择UA741C。
uA741C是通用运算放大器，是单运放。
具有宽输入电压、低功耗的特点。
设计中第一个运放为电压放大器，可以利用uA741C宽输入电压的特点。
UA741C在实际应用中也比较普遍。
3.2 单元电路的参数设计3.2.1 0—5V 转换0—10mA 电路的参数设计0—5V 转换0—10mA 通过一个电压串联负反馈电路来实现，f R =500Ω。
设运放输出电流为o I ,依据运放虚短、虚断的特点P V =N V （1）P I =N I =0 （2） 得 500o I =5 V o I =10mA o R =500Ω 3.2.2 0—10V 转换0—10mA 电路的参数设计0—10V 转换0—10mA 通过一个电压串联负反馈电路来实现，f R =1000Ω。
设运放输出电流为o I ,依据运放虚短、虚断的特点，由公式（1）、（2） 得 1000o I =10 V o I =10mA o R =1k Ω 3.2.3 -10V —10V 转换4—20mA 电路的参数设计第一个运放为电压放大器。
设输入电压i V ,输出电压1V o ，则1V o =（1+1R /2R ）i V （3）因为芯片UA741C 上所加CC V =+15V ，EE V =-15V,输出电压不可能超过其范围，输入电压范围-10V —10V ，故令1R /2R =2/5,取2R =50k Ω,1R =20k Ω。
第二个运放为电压电流转换器，为一个电流串联负反馈电路。
第一级的输出Vo1为第二级的输入。
根据基尔霍夫电流定律，对于同一个结点，流入电流等于流出电流（1V o -p V ）/4R =(p V -2V )/6R （4）p V =n V =500o I （5） 根据课题设计要求，第一级运放输出电压 Vo1为第二级的输入电压。
选择两组输入电压代入公式（4）、（5），可求得5R 、6R 的比例关系。
4R =2.56R 。
取4R =500Ω，则6R =200Ω。
再代入公式（4）、（5），即可求得2V =8.4V 。
2V 是一个外加固定直流电压源。
它的作用是当输入电压i V =0时，保证输出12mA 的电流。
另外，当输入电压i V 不为0时，它能够协同输入电压输出正常的输出电流。
3.3 直流稳压电源的设计3.5.1 设计技术指标要求电源输出电压为±12V（或±9V /±5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为oMAXI=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数r S≤5%。
3.5.2 电路的设计直流稳压电源电路框图如图6所示。
从图中可知，系统由降压变压器、整流器、滤波器和稳压器共四个部分组成。
图6 直流稳压电源结构图降压的过程，直接选用实物降压器进行降压，并且要根据电路中所需的合适电压适当选择降压器，具体情况根据实际需求而定。
在此次我们选用的是12V 变压器。
然后是整流过程，自然而然选择了优点突出的桥式整流电路，它由4只二极管构成，连接方法此不做说明，在以后的原理图中将做详细的说明。
对于滤波过程，我们用电容滤波电路来实现，它的方法是在桥式整流电路输出端并联一个较大的电容C来构成一个电容滤波电路。
最后的稳压器选择，选择了集成电路，又根据任务书中的提示，选择了三端可调输出集成稳压器，它主要由两个电解电容以及两个五个二极管和若干电阻和电容构成，具体不再介绍，后面的原理图将会给出三端可调输出集成电路的构成图。