电流变换的四种形式，电流电压转换电路设计

[挑战] 为了方便远程工业线路传输，设计一种高输入阻抗、低元件数量和低成本的V/I转换电路，将0到20mA的0到5V电压信号无衰减地转换为电流信号。

【概念】为什么设计需要高输入阻抗？防止输入、输出信号相互干扰、衰减。当人们想到高输入阻抗时，他们会想到“虚拟开路”运算放大器，或者其栅极“汲取”很少电流而仅汲取电压的运算放大器。在这里，我们将再次使用运算放大器LM358 构建一个电路。运放跟随器可以“毫不犹豫”地向下游级发送电压信号，三极管可以将运放输出的小电流放大为大电流。前级和后级可采用运放跟随器和三极管开关电路（这里采用S9014真空管）组合实现V/I转换。运算放大器跟随器如图1所示，最简单的三极管放大器电路如图2所示。

显然，应该尽量将上述两个单元电路组合起来才能达到设计要求。首先，考虑运算放大器的输出连接到三极管基极的输入（这是通常的电路分类）。如下图3 所示。

然而，上述电路存在一个问题：流过负载RL的电流信号（0-20mA）与输入电压信号Ui（0-5V）没有直接关系，没有形成全局负反馈。由于受元件参数离散性即温度漂移的影响，该电路无法实现准确稳定的V/I转换。因此，运放的负反馈必须从负载电流中获得，R4的一端接地。计算该电阻的反馈信号非常方便，也能准确反映负载电流的变化。 (IeIc)。因此，电路配置如图4 所示。

[计算] 根据跟随器的特性，计算负载电流ILUi/R4。要实现0-5V和0-20mA之间的对应转换，R4=5/20=250（电流采样电阻；如果手头没有合适的250 0.02%精密电阻，则使用249 1%）较高精密电阻，误差小。即使很大，也不影响功能的实现）。您还可以设置R1=R2=100k（这是运放设计中的标准电阻值）。 9014晶体管的B级放大倍数在100到300之间，是200的中间值。当负载电流为最大值20mA时，基极电流Ib=20/200=0.1mA，因此R3=(5-0.7)/0.1=43k（假设运放输出为满轨，VCC=5V）。最终设计的电路如下图5所示。