DC-DC切换式稳压器中产生PWM讯号的电压和电流模式控制

DC-DC切换式稳压器中产生PWM讯号的电压和电流模式控制

切换式DC-DC 电压转换器（稳压器）含有两个元件：控制器和功率级。功率级含有切换元件，能将输入电压转换成所需的输出。控制器会监控切换作业，调节输出电压。两者由回授回路连结，会将实际的输出电压与所需的输出进行比较，得到误差电压。

控制器是电源供应器保持稳定和精密的关键，几乎所有的设计都采用脉宽调变(PWM) 技术进行调节。产生PWM 讯号的方法主要有两种：电压模式控制和电流模式控制。电压模式控制技术较早发明，但具有缺点，例如回应负载变化缓慢和回路增益会随着输入电压改变等，因此激励工程师开发以电流为基础的替代方法。

目前工程师已经能选用多款采用这两种控制技术的电源模组。这些产品整合了技术，能克服之前产品的主要缺失。

本文将说明在切换式稳压器中产生PWM 讯号的电压和电流模式控制技术，并说明各项应用的最佳用途。

电压模式控制

设计人员若要打造电源供应器，可选择离散式元件（参阅TechZone 文章《DC/DC 稳压器：如何在离散式和模组化设计中选择》）、个别控制器和功率元件，或是在单晶片上整合两者的电源供应器模组。

但无论使用何种技术，调节功能都非常有可能会采用通常为固定频率的PWM 技术。（偏好采用恒定切换频率，因为可限制电源供应器产生的电磁干扰(EMI)。）在电压模式控制的稳压器中，PWM 讯号的产生系透过将控制电压(VC) 施加到比较器的其中一个输入，以及将时脉产生的固定频率锯齿形电压（Vramp 或PWM 斜波）施加到另一个输入（图1）。

Texas Instruments 的切换式稳压器PWM 产生器图片

图1：切换式稳压器的PWM 产生器。

PWM 讯号的工作周期与控制电压成比例，并可决定切换元件的导通时间百分比，进而决定输出电压。控制电压系由实际输出电压以及所需输出电压（或参考电压）之间的差异求

得。

调变器增益Fm 的定义为工作周期从0% 提高到100% 时，控制电压的改变(Fm = d/VC = 1/Vramp)。

图2 显示典型切换式稳压器的建构模块。功率级含有开关、二极体、电感、变压器（用於隔离式设计），以及输入／输出电容。此功率级会将输入电压(VIN) 转换成输出电压(VO)。至於稳压器的控制部分，在一个输入端含有误差放大器和参考电压（等於所需输出），另一个输入端则有来自分压器的输出。分压器的馈入来自於输出的回授轨迹。误差放大器的输出会提供控制电压（VC 或「误差电压」），形成PWM 比较器的一个输入。

Microsemi 的控制部分和功率级示意图

图2：电压模式控制切换式稳压器的控制部分和功率级。（资料来源：Microsemi）

电压模式控制的优点包括：单一回授回路，能让设计和电路分析更简易；使用大振幅斜波波形提供良好的杂讯容限，达到稳定的调变流程；低阻抗功率输出能为多重输出供应提供更好的交叉调节。

然而此技术也有明显的缺点。例如，负载的变更必须先感测成输出变更，然後再由回授回路进行修正，因此导致反应缓慢。输出滤波器会让电路补偿复杂化，而且回路增益会随着输入电压改变，因此会造成电路补偿更加困难。

电流模式控制

在1980 年代初，工程师就提出交替切换式稳压器技术，能解决电压模式控制方法的缺

失。此技术称为电流模式控制，藉由新增第二个回路回授电感电流，取得PWM 斜波。此回授讯号由两部分组成：AC 涟波电流以及DC 或电感电流平均值。放大後的讯号会传送到PWM 比较器的一个输入，另一个输入则是误差电压。如同电压模式控制方法，系统时脉会决定PWM 讯号频率（图3）。

Texas Instruments 的电流模式控制切换式稳压器图片

图3：电流模式控制切换式稳压器。在此，PWM 斜波系由输出电感电流所衍生的讯号产生。

电流模式控制能解决电压模式控制的缓慢回应问题，因为电感电流会随着输入和输出电压之间的差异所决定的斜率而上升，因此能立即因应线路或负载电压的改变。另一项优点在於，电流模式控制的回路增益并不会随着输入电压而改变，这是电压模式控制方法的一项缺点。

此外，由於在电流模式控制电路内，误差放大器会掌控输出电流而非电压，因此输出电感对电路响应的影响会降至最低，因此更容易进行补偿。比起电压模式控制元件，此电路的增益频宽也较高。

电流模式控制的其他优点包括：内建逐脉冲限流（箝制来自误差放大器的命令）以及在并联多重电源单元时简化负载分担。

这样看来，电流模式控制似乎能将电压模式控制埋入历史洪流中。然而，即便较慢出现，但工程人员也发现电流模式控制稳压器本身也有设计上的挑战。

主要的缺点就是不易进行电路分析，因为稳压器的拓扑含有两个回授回路。第二个障碍就是「内部」控制回路（承载电感电流讯号）在工作周期高於50% 时会出现不稳定性。还有另一个挑战，因为控制回路系由电感输出电流衍生，因此功率级的谐振会将杂讯带入内部控制回路。

将电流模式控制稳压器的工作周期限制在50% 以内，会严重限制元件的输入电压。幸好，只要在内部回路中「引进」少量斜率补偿，就可解决不稳定性的问题。此技术可确保各种百分比的PWM 工作周期都可稳定操作。

在误差放大器的输出中减去锯齿形电压波形（以时脉频率运作），就可达到斜率补偿。或者，也可将斜率补偿电压直接加入到电感电流讯号中（图4）。

Texas Instruments 的电流模式控制稳压器图片

图4：含斜率补偿的电流模式控制稳压器。

数学分析显示，为了确保达到电流回路稳定性，补偿斜波的斜率必须大於电流波形向下斜率的一半以上。

目前市售相当多种电流模式控制稳压器。以Microsemi 为例，就提供NX7102 采用电流模式控制的同步降压稳压器。此晶片可接受4.75 至18 V 的输入范围，提供低至0.925 V 的可调整输出，最大输出电流为3 A，峰值效率介於90 至95%（视输入电压而定）。

Texas Instruments 针对其零件提供多种电流模式控制稳压器。TPS63060 就是一个例子，此同步降压／升压2.4 MHz 稳压器，能从 2.5 至12 V 电源提供 2.5 至8 V（高达1 A）输出。此元件提供高达93% 的效率，以行动应用为目标，如可携式电脑和工业用仪表设备。

STMicroelectronics 也有提供一系列电流模式控制元件，包括STBB2。此同步降压／升压2.5 MHz 稳压器能从2.4 至 5.5 V 输入提供2.9 或3.4 V 输出。此元件能在90% 效率下供应高达800 mA，并提供球栅阵列(BGA) 封装。

电压模式重现

观察有些矽元件厂商的产品目录即可发现，仍有提供电压模式控制稳压器。原因在於，前一代元件的主要缺点已经透过称为电压前授的技术而解决。

能达成电压前授，是因为透过与输入电压成比例的电压修改PWM 斜波波形的斜率。如此一来，即可提供对应和修正的工作周期调变，而不受回授回路影响。

此技术能改善电路对线路和负载暂态的响应，同时消除对输入滤波器的敏感性。电压前授技术亦可稳定回路增益，如此一来就不会随着输入电压而波动。这有个小缺点，因为需要感测器侦测输入电压，因此会稍微增加电路的复杂性。

工程人员能选用主要供应商的多种电压模式控制稳压器。例如Maxim 就提供不少电压模式控制元件系列产品，包括MAX5073。此切换式稳压器是降压／升压 2.2 MHz 元件，能从5.5 至23 V 电压操作，产生0.8 至28 V 输出。在降压模式中，此稳压器可提供高达2.0 A。

Intersil 也推出ISL9110A 2.5 MHz 切换式稳压器，采用电压模式控制。此元件能在1.8 至5.5 V 输入电压范围内操作，在高达 1.2 A 和95% 效率下提供 3.3 V 输出。

International Rectifier 针对其零件，提供IR3891 电压模式控制降压稳压器，具有1 至21 V 的宽广输入范围，输出范围介於0.5 至18.06 V。此晶片的切换频率范围介於300 KHz 至1.5 MHz，可供应高达4 A。IR3891 具有两个输出。

技术选择建议

几乎所有切换式稳压器的切换元件都采用PWM 控制。PWM 讯号的产生方法有两种，包含电压模式和电流模式稳压器，前者从控制电压（从参考电压减去输出电压得到）结合时脉频率运作的锯齿状波形产生，後者则是透过添加第二个回路，将电感电流回授产生。现代化元件针对电压控制设计采用电压前授等技术，并且针对电流模式控制设计使用斜率补偿，明显克服旧有设计的主要缺点。

这些创新成果，能让工程人员在两种拓扑中享受多种元件选择。建议使用电压模式控制切换式稳压器的情况如下：具有宽广的输入线路或输出负载可变动、轻度负载下（电流模式控制的斜波斜率太浅，无法达到稳定的PWM 操作）、有杂讯的应用（功率级的杂讯会影响电流模式控制回授回路）、需要具备良好交叉调节的多重输出电压。

建议使用电流模式控制元件的情况如下：电源输出为高电流或超高电压的应用、需要在特定频率下达到快速动态响应、输入电压波动受限、必须达到最低成本和元件数的应用。

本文引用自集合在线前沿论坛技术讨论版块https://www.doczj.com/doc/5317755845.html,/showtopic-28.aspx

常用电流和电压采样电路

2常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM ）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图 2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点 .1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。

图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未 因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成， 实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。 C 4=1找到引用源。<

几种常见的电压电流转换电路

由运放组成的V-I、I-V转换电路 1、0－5V/0－10mA的V/I变换电路 图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0—5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA的电流信号，A1是比较器，A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压V1，V1控制运放A2的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。输出电流IL的大小可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω时，可实现0－5V/0－10mA 的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，故运放A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。 2、0－10V/0－10mA的V/I变换电路 图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出： 若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4，得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。 3、1－5V/4－20mA的V/I变换电路 在图3中．输入电压Vi是叠加在基准电压VB(VB=10V)上，从运放A1的反向输入VN 端输入的，晶体管T1、T2组成复合管，作为射极跟踪器，起到降低T1基极电流的作用(即

开关电源拓扑电压模式与电流模式的比较

开关电源拓扑电压模式与电流模式的比较 作者：罗伯特.曼诺 Unitrode公司的IC公司拥有自成立以来一直活跃在前沿的发展控制电路来实现国家的最先进的级数在电源技术。在多年来许多新产品已推出使设计人员能够在易于应用新的创新电路拓扑结构。由于每一种新的拓扑声称提供改进过的这以前是可用的，它是合理的期望一些混乱将与引进的UCC3570的生成 - 一种新的电压模式控制器介绍我们告诉了近10年后世界上目前的模式是这样的优越方法。 但事实却是，没有一个统一的拓扑结构是最适合所有的应用程序。此外，电压模式控制如果更新了现代化的电路和工艺的发展 - 大有作为今天的高性能用品的设计师和是一个可行的竞争者为电源设计人员的重视。要回答的问题是，它的电路拓扑结构最好是为一个特定的应用程序时，必须从的每一种方法的两个优点和缺点的认识。下面的讨论尝试这样做以一致的方式为这两个电源的控制算法。 电压模式控制这是用于在第一开关的方法调节器的设计和它服务的行业以及为多年本电压模式配置。这种设计的主要特点是:有一个单一的电压反馈路径，以脉冲宽度调制，通过比较所执行的以恒定的倾斜波形电压误差信号。电流限制必须分开进行。 电压模式控制的优点有： 1．单个反馈回路更易于设计和分析。 2．大振幅锯齿波为一个稳定的调制过程提供良好的噪声容限。 3. 低阻抗功率输出为多路输出电源提供更佳交叉调整。 电压模式控制的缺点： 1.任何改变线路或负载必须首先被检测作为输出的变化，然后由校正反馈回路。 这通常意味着响应速度慢。 2.输出滤波器将两个极点的控制循环要求无论是占主导地位的极低频滚降在误 差放大器或在补偿加零。 3.补偿是通过进一步复杂化，即环增益随输入电压而变化。 电流模式控制上述的缺点是相对显著，因为，设计师们在它的介绍非常积极地考虑所有被缓解电流模式控制这种拓扑结构。如可以看到的从图2中，基本电流模式的图 控制使用振荡器只能作为一个固定频率时钟和斜坡波形被替换为从输出电感电流产生的信号。 而这种控制技术提供的优点包括以下内容： 1. 由于电感电流上升与输入电压 - 武定一个斜坡，这个波形会回应马上到线电压的变化，消除双方的延迟反应和增益变化与输入电压变化。 2. 由于误差放大器现在用命令的输出电流而不是电压，输出电感的影响被最小化现在的过滤器只提供一个单极到反馈回路（至少在感兴趣的正常区域）。这允许在可比的电压模式电路更简单补偿和更高的增益带宽。 3. 电流模式电路额外的好处包括固有的脉冲逐脉冲限流仅仅通过钳位误差放大器的命令，当多个功率单元并联共享以及提供方便的负荷。 而改进提供了电流模式令人印象深刻的是，这项技术在设计过程中还带有其独特的一套必须解决的问题。一些这些清单已概述如下：

4-20mA电流信号转成0-5V或0-10V电压信号

4-20mA电流信号转成0-5V或0-10V电压信号 解决方法： 1.采用专用的电流转电压芯片，或者隔离放大器（要求精度高，抗干扰时） 如：MAXIM MAX472 深圳顺源公司的ISO系列产品 https://www.doczj.com/doc/5317755845.html,/ 2.自己搭建电路,节省成本，但不推荐直接串联精密电阻的方式 用运放搭建电路就非常好 给个地址: https://www.doczj.com/doc/5317755845.html,/html/zonghejishu/2007/0925/2621.html 1、 0－5V/0－10mA的V/I变换电路 图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0—5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA 的电流信号，A1是比较器．A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压VL，V1控制运放A1的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。输出电流IL的大小可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω时,可实现0－5V/0－10mA的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，运故A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。

2、 0－10V/0－10mA的V/I变换电路 图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN ＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋ (Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出： 若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4， 得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA 的V/I变换。 3、 1－5V/4－20mA的V/I变换电路 在图3中．输入电压Vi是叠加在基准电压VB(VB=10V)上，从运放A1的反向输入VN端输入的，晶

分析电流控制型开关电源方案

分析电流控制型开关电源方案 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 电压控制型开关电源会对开关电流失控，不便于过流保护，并且响应慢、稳定性差。与之相比，电流控制型开关电源是一个电压、电流双闭环控制系统，能克服电流失控的缺点，并且性能可靠、电路简单。据此，我们用UC3842芯片设计了一个电流控制型开关电源。为了提高输出电压的精度，系统没有采用离线式结构，而采用直接反馈式结构。本系统在设计上充分考虑了电磁兼容性和安全性，可广泛应用于

工业、家电、视听和照明设备。 电流控制型开关电源的原理框图 电流型控制是针对电压型控制的缺点而发展起来的，在保留了电压控制型的输出电压反馈控制部分外，又增加了一个电流反馈环节，其原理框如图1所示。 图1 电流控制型开关电源的原理框图 电流控制型开关电源是一个电压、电流双闭环控制系统，内环为电流控制环，外环为电压控制环。当U O变化导致UF变化，或I变化导致US变化时，从而改变UO，达到输出电压稳定的目的。 电流型控制芯片UC3842 UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，各脚功能如下：①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而

电流信号转电压信号方法大全

电流信号转换为电压信号的方法 由于应用和原理的不同，电流信号的输出，如传感器变送器输出的4~20mA，需要变换成电压以利于后续驱动或采集。对于不同的电流信号，考虑功率问题，有的需要先经过电流互感器将大电流变小，否则大电流容易在电阻上产生过大的功率。 下面介绍几种I/V变换的实现方法。 分压器方法 利用如图1分压电路，将电流通入电阻。在电阻上采样出电压信号。其中，可以使用电位器调节输出电压的大小。这种方法最简单，但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。 利用如图1分压电路，将电流通入电阻。在电阻上采样出电压信号。其中，可以使用电位器调节输出电压的大小。这种方法最简单，但需要考虑功率和放大倍数的选择问题。 霍尔传感器方法 使用霍尔效应，在元件两端通过电流I，并在元件垂直方向上施加磁感应强度B的磁场，即会输出电压。由下面的公式获得线性关系。

其中，RH为霍尔常数，I为输入电流，B为磁感应强度，d为霍尔元件厚度。 这种方法多用于对电流的测量，虽然也可以实现转换，但是精度有限。 积分电路方法 电压可以看作是电流的积分，利用如图电路有： 为保证精度，选取运放时尽量找输入阻抗大的。该电路常用于PID调节，积分电路成熟且放大倍数和精度较好。但要注意这种电路输出电压和输入电流的相位是相反的。 运放直接搭接的方法（跨阻放大器） 充分利用运放“虚短”和“虚断”的概念，将电流转换为电压信号，如图电路

电流通过电阻，在电阻上产生压降，建立起电压和电流的关系为 这种方法避免了运放输入失调电压和输入偏置电流和失调电流影响带来的积分误差。也避免了电容的漏电流带来的误差。但未获得稳定的高精度放大，对电阻和运放的精度要求较高。 三极管方法 三极管同样具有放大能力，但应用上多采用运放。电路如图 下面以实际的例子叙述整个实现过程。 尝试将一个0~5A信号转换为0~5V信号。最简单的是加一个1欧的电阻，但这样发热功率过大，所以需要采用电流互感器将原先的电流变小。按照一般互感器指标是输入0~10A信号，变比为200：1，即0~5A的信号变为0~25mA。下面采用运放直接搭接的方法实现转换。考虑到相位的问题，对电路作了改进。利用50欧电阻在正端产生 的电压与负端相等的条件，并利用运放的放大功能，实现最终要求的。如图。另外，用集成运放OP27为的是得到更高的运算精度；50欧的电阻是前端互感器带负载要求。

几个常用的电压电流转换电路

几个常用的电压电流转换电路

I/V转换电路设计 1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 原理： 先将输入电流经过一个电阻（高精度、热稳定性好）使其产生一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器），将输入、输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。然后经一个电压跟随器（或放大器）输出。C1滤除高频干扰，应为pf级电容。

电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+（R3+Rw） R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、V I 变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入

用电压信号还是电流信号

工业上通常用电压0…5(10)V 或电流0(4)…20mA 作为模拟信号传输的方法，也是被程控机经常采用的一种方法。那么电压和电流的传输方式有什么不同，什么时候采用什么方法，下面将对此进行简要介绍。 电压信号传输比如0…5(10)V如果一个模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。原因是电压信号经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损失。由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个电阻的和。 如果信号接收电路的输入阻抗是高阻的，那么由上述的电阻引起的传输误差就足够小，这些电阻也就可以忽略不计。要求不增加信号发送方的费用又要所提及的电阻可忽略，就要求信号接收电路有一个高的输入阻抗。如果用运算放大器 OP 来做接收方的输入放大器，就要考虑到此类放大器的输入阻抗通常是小于 <1M? 。 原则上，高阻抗的电路特别是在放大电路的输入端是很容易受到电磁干扰从而会引起很明显的误差。所以用电压信号传输就必须在传输误差和电磁干扰的影响之间寻找一个折中的方案。 电压信号传输的结论：如果电磁干扰很小或者传输电缆长度较短，一个合适的接收电路毫无疑问是可以用来传输电压信号0…5(10)V 的。 电流信号传输比如 0(4)..20mA在电磁干扰较强的环境和需要传输较远距离的情况下，多年来人们比较喜欢使用标准的电流来传输信号。如果一个电流源作为发送电路，它提供的电流信号始终是所希望的电流而与电缆的电阻以及接触电阻无关。也就是说，电流信号的传输是不受硬件设备配置的影响的。同电压信号传输的方法正相反，由于接收电路低的输入阻抗和对地悬浮的电流源（电流源的实际输出阻抗与接收电路的输入阻抗形成并联回路）使得电磁干扰对电流信号的传输不会产生大的影响。 电流信号传输的结论：如果考虑到有电磁干扰比如电焊设备和其他信号发射设备，传输距离又必须很长，那么电流信号传输的方法是适合这种情况的（模拟信号传输）。实际上经常采用的电流传输方法有二线制和三线制方法。在这里将主要论述二线制方法，也叫电流回路方法。 电流回路的综合特性 - 简单的使用：如果信号发送电路和相联接的其他电路的工作电流保持常数不变，那么该工作电流和信号电流就可以通过同一根电缆来传输。人们只需用一个负载取样电阻，而电流在负载电阻上的电压降就可以作为有用的信号。当然还应该注意工作电压要足够高，以满足电流回路里所需要的电压降。 - 低廉的成本：与数字信号传输需要一个 AD 转换，一个单片机和一个合适的驱动电路相比，用简单的电流回路方法，人们只需要一条电缆，一个负载电阻和一个测量电压表。特别当对测量精度要求高的时候，二者产品成本的差别就更加明显了。 - 错误诊断：4-20mA 电流信号传输的优点除了传输距离远和抗干扰能力强外，还会自动提供出错信息。在一个经过校准的系统输出零信号时（输出端为电流 4mA），如果接收到的信号大于零毫安而小于4 毫安时，就说明此时系统一定有问题。如果接收到的电流信号为零，那么一定是电缆断了或者信号接收方面出了问题。如果电流信号超过 20mA 就意味着输入端方面的信号过载或者信号接收方面有问题。

电流和电压信号的传输和处理

电流和电压信号的传输和处理 电流和电压输出信号有什么不同,选择哪一种好？流量仪表，温度仪表，压力仪表，液位仪表通常都采用4-20MA电流信号输出，下面我们先来介绍一下什么是电压，什么是电流。 电压:也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。 电流:是指电荷的定向移动。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。电流的大小称为电流强度（简称电流，符号为I），是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过1库仑的电量称为1「安培」（A）。安培是国际单位制中所有电性的基本单位。除了A，常用的单位有毫安（mA）、微安(μA) 。 电流和电压输出信号有什么不同,选择哪一种好?在单片机控制的许多应用场合,都要使用变送器来将单片机不能直接测量的信号转换成单片机可以处理的电模拟信号，如电流变送器,压力变送器、温度变送器、流量变送器等。早期的变送器大多为电压输出型，即将测量信号转换为0-5V电压输出，这是运放直接输出,信号功率<0.05W,通过模拟/数字转换电路转换数字信号供单片机读取、控制。但在信号需要远距离传输或使用环境中电网干扰较大的场合，电压输出型传感器的使用受到了极大限制，暴露了抗干扰能力较差,线路损耗破坏了精度等等等缺点，而两线制电流输出型变送器以其具有极高的抗干扰能力得到了广泛应用。电压输出型变送器抗干扰能力极差，线路损耗的破坏,谈不上精度有多高,有时输出的直流电压上还叠加有交流成分，使单片机产生误判断，控制出现错误，严重时还会损坏设备，输出０－５Ｖ绝对不能远传，远传后线路压降大，精确度大打折扣。现在很多的ADC,PLC,DCS的输入信号端口都作成两线制电流输出型变送器4-20mA的,证明了电压输出型变送器被淘汰的必然趋势。 电流和电压输出信号有什么不同,选择哪一种好?电流输出型变送器的输出范围 常用的有0～20mA及4～20mA两种，电流变送器输出最小电流及最大电流时，分别代表电流变送器所标定的最小及最大额定输出值。下面以测量范围为以0～１００Ａ的电流变送器为例进行叙述。对于输出0～20mA的变送器0mA 电流对应输入０Ａ值，输出4～20mA的变送器4mA电流对应输入0Ａ值，两 类传感器的20mA电流都对应１００Ａ值。对于输出0～20mA的变送器，在 电路设计上我们只需选择合适的降压电阻，在A/D转换器输入接口直接将电阻

电压频率与频率电压转换电路

电压频率与频率电压 转换电路 2011年8月24日

目录： 摘要： (2) Abstract: (2) 一、设计方案 (3) （一）、电压频率转换电路 (3) 1.基于555定时器的电压频率转换： (3) 2.基于LM331的电压频率转换： (4) （二）、频率电压转换电路 (5) 1.基于LM2907的频率电压转换： (5) 2.基于LM331的频率电压转换 (5) 二、主体电路设计 (8) 三、电路安装 (9) （一）、电压频率转换电路 (9) （二）、频率电压转换电路 (10) 四、系统调试： (10) （一）VFC: (10) （二）FVC： (11) 1

摘要： 本系统利用了LM331的原理及性能设计了频率电压以及电压频率转换电路，实现了0Hz--10kHz频率与0—10V电压的相互转换，电路简单，转换结果线性度好。 关键字：LM331 频率电压转换滤波 Abstract: The system uses the principle and characteristic of LM331 to design the frequency-to-voltage and the voltage-to- frequency conversion circuits, realizes the frequency of 0Hz--10kHz and the voltage of 0 - 10V’s transformation , the circuits are simple and result have good linearity. Key-word: LM331 frequency voltage transformation filter 2

逆变器的两种电流型控制方式

逆变器的两种电流型控制方式 摘要：研究分析了逆变器的两种双环瞬时反馈控制方式——电流型准PWM控制方式和三态DPM电流滞环跟踪控制方式，介绍其工作原理，分析比较其动态和静态性能，并给出具体实现电路及系统仿真结果。 关键词：PWM逆变器功率变换器控制 On Two Types of Current Programmed Control Topologies for Inverters Abstract:This paper presents a comparative study on two types of current programmed instant control modes for inverters, PWM and hysteresis type.Principle, static and dynamic performance are discussed. Realization circuits and simulation results are presented. Keywords:PWM, Inverter, Power converter, Control 中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编号：0219 2713(2000)12－642－03 电流型双环控制技术在DC/DC变换器中广泛应用，较单电压环控制可以获得更优良的动态和静态性能[3]。其基本思路是以外环电压调节器的输出作为内环电流给定，检测电感(或开关)电流与之比较，再由比较器的输出控制功率开关，使电感和功率开关的峰值电流直接跟随电压调节器的输出而变化。如此构成的电流、电压双闭环变换器系统瞬态性能好、稳态精度高，特别是具有内在的对功率开关电流的限流能力。逆变器(DC/AC变换器)由于交流输出，其控制较DC/DC变换器复杂得多，早期采用开关点预置的开环控制方式[1]，近年来瞬时反馈控制方式被广泛研究，多种各具特色的实现方案被提出，其中三态DPM(离散脉冲调制)电流滞环跟踪控制方式性能优良，易于实现。本文将电流型PWM控制方式成功用于逆变器控制，介绍其工作原理，与电流滞环跟踪控制方式比较动态和静态性能，并给出仿真结果。 1三态DPM电流滞环跟踪控制方式 电流滞环跟踪控制方式有多种实现形式[1，2，4，5]，其中三态DPM电流滞环跟踪控制性能较好且易于实现[1]。参照图1，它的基本工作原理是：检测滤波电感电流iL，产生电流反馈信号if。if与给定电流ig相比较，根据两个电流瞬时值之差来决定单相逆变桥的4个开关在下一个开关周期中的导通情况：ig－if>h时（h见图1，为电流滞环宽度，可按参考文献[1]P64式5 2选取）S1、S4导通，UAB=＋E，＋1状态；ig－if－h时S2、S3导通，UAB="－"E，－1状态；|ig－if|h时S1、S3或S2、S4导通，UAB="0，"0状态。两个D触发器使S1～S4的开关状态变化只能发生在周期性脉冲信号CLK(频率2f)的上升沿，也就是说开关点在时间轴上是离散的，且最高开关频率为f。 仿真和实验表明，iL正半周，逆变器基本上在＋1和0状态间切换，而iL负半周，逆变器基本上在－1和0状态间切换，只有U0过零点附近才有少量的＋1和－1之间的状态跳变，从而使输出脉动减小。 2电流型准PWM控制方式

电流-电压变换电路.

电流/电压转换电路 一．实验目的 掌握工业控制中标准电流信号转换成电压信号的电流/电压变换器的设计与调试。二．实验原理 在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA，为此，常要先将其转换成±10V ；的电压信号，以便送给各类设备进行处理。这种转换电路以4mA 为满量程的0%对应-10V ；12mA 为50%对应0V ；20mA 为100%对应+10V。参考电路见图3-20-1所示。 O 图3-20-1 电流/电压变换电路 图中A 1运放采用差动输入，其转换电压用电阻R 1两端接电流环两端，阻值用500Ω，可由二只1K Ω电阻并联实现。这样输入电流4mA 对应电压2V ，输入

电流20mA 对应电压10V 。A 1设计增益为1，对应输出电压为-2V~-10V。故要求电阻R 2,R 3,R 4和R 5+RW 阻值相等。这里选R 2=R3=R4=10KΩ；选R 5=9.1K?，R W1=2KΩ。R w1是用于调整由于电阻元件不对称造成的误差，使输出电压对应在-2V~-10V。变化范围为-2-（-10）=8V. 而最终输出应为-10V~+10V，变化范围10V-(-10V=20V，故A 2级增益为20V/8V=2.5倍，又输入电流为12mA 时，A 1输出电压为-12mA×0.5mA=-6V. 此时要求A 2输出为0V 。故在A 2反相输入端加入一个+6V的直流电压，使 A2输出为0。A 2运放采用反相加法器，增益为2.5倍。取R 6=R7=10K?，R 9=22K?，R W2=5K?，R 8=R6//R7//R9=4K?，取标称值R 8=3.9K?。 反相加法器引入电压为6V ，通过稳压管经电阻分压取得。稳压管可选稳定电压介于6~8V间的系列。这里取6V2，稳定电压为6.2V 。工作电流定在5mA 左右。电位器电流控制在1~2mA左右。这里I RW3=6.2V/2K=3.1mA。则有（12V-VZ ）/R10=IZ +IRW3 故 R 10= 12V V Z 126. 2 ==0. 71K ? I Z +I RW 35+3. 1 取标称值R 10=750?. 式中12V 为电路工作电压。 R W2用于设置改变增益或变换的斜率(4mA为-10V ，20mA 为+10，通过调整R W2使变换电路输出满足设计要求。三．设计任务 1．预习要求 熟悉有关运放的各类应用电路，按设计要求写出设计过程和调试过程及步骤。2．设计要求

各种电压电流采样电路设计

常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 信号调 理TMS320 LF2407A DSP 键盘显示 电路电压电流信号驱动电路保护电路 控制电路检测与驱动 电路主电路 图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 1.1常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。

图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K ，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。<

几个常用的电压电流转换电路

I/V转换电路设计1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 原理： 先将输入电流经过一个电阻（高精度、热稳定性好）使其产生一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器），将输入、输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。然后经一个电压跟随器（或放大器）输出。C1滤除高频干扰，应为pf级电容。 电路图如下所示：

输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+(R3+Rw) R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、V I 变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入信号提供相应的电流，在某些场合无法满足这种需要。 1 、基于运算放大器的基本VI变换电路为了保证负载电阻不影响电压/电流的变换关系,需要对电路进行调整,如图1是基于运算放大器的基本VI变换电路。利用运算放大器的“虚短”概念可知U-=U+=0；因此流过Ri的电流： Ii=Ui R

电压信号与电流信号的区别

电压信号与电流信号的区别 工业上通常用电压0…5(10)V 或电流0(4)…20mA 作为模拟信号传输的方法，也是被程控机经常采用的一种方法。那么电压和电流的传输方式有什么不同，什么时候采用什么方法，下面将对此进行简要介绍。 电压信号传输比如0…5(10)V如果一个模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。原因是电压信号经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损失。由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个电阻的和。 如果信号接收电路的输入阻抗是高阻的，那么由上述的电阻引起的传输误差就足够小，这些电阻也就可以忽略不计。要求不增加信号发送方的费用又要所提及的电阻可忽略，就要求信号接收电路有一个高的输入阻抗。如果用运算放大器OP 来做接收方的输入放大器，就要考虑到此类放大器的输入阻抗通常是小于电流回路的综合特性 - 简单的使用：如果信号发送电路和相联接的其他电路的工作电流保持常数不变，那么该工作电流和信号电流就可以通过同一根电缆来传输。人们只需用一个负载取样电阻，而电流在负载电阻上的电压降就可以作为有用的信号。当然

还应该注意工作电压要足够高，以满足电流回路里所需要的电压降。 - 低廉的成本：与数字信号传输需要一个AD 转换，一个单片机和一个合适的驱动电路相比，用简单的电流回路方法，人们只需要一条电缆，一个负载电阻和一个测量电压表。特别当对测量精度要求高的时候，二者产品成本的差别就更加明显了。 - 错误诊断：4-20mA 电流信号传输的优点除了传输距离远和抗干扰能力强外，还会自动提供出错信息。在一个经过校准的系统输出零信号时（输出端为电流4mA），如果接收到的信号大于零毫安而小于 4 毫安时，就说明此时系统一定有问题。如果接收到的电流信号为零，那么一定是电缆断了或者信号接收方面出了问题。如果电流信号超过20mA 就意味着输入端方面的信号过载或者信号接收方面有问题。 - 长距离传输：传输距离与发送信号端的驱动能力和电缆的电阻以及接收端的测量电阻（负载电阻）有关。如果在信号传输的电缆中也要安装测量仪表，那么负载电阻还应该考虑到测量仪表的输入阻抗和监测记录仪表的输入阻抗。这些仪表常常因为成本低廉和无需外加电源而与集成电路一样共同连接在电流回路中并从4mA 中直接获得工作电源。因此在电路设计时要考虑到电流源回路的带载能力。 理论上讲，内阻抗无穷大，能够输出一定电流信号的电

电压电流反馈控制模式

电压、电流的反馈控制模式 现在的高频开关稳压电源主要有五种PWM反馈控制模式。电源的输入电压、电流等信号在作为取样控制信号时，大多需经过处理。针对不同的控制模式其处理方式也不同。下面以由VDMOS开关器件构成的稳压正激型降压斩波器为例，讲述五种PWM反馈控制模式的发展过程、基本工作原理、电路原理示意图、波形、特点及应用要｀氪，以利于选择应用及仿真建模研究。 （1）电压反馈控制模式 电压反馈控制模式是20世纪60年代后期高频开关稳压电源刚刚开始发展而采用的一种控制方法。该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界被广泛应用。如图1（a）所示为Buck降压斩波器的电压模式控制原理图。电压反馈控制模式只有一个电压反馈闭环，且采用的是脉冲宽度调制法，即将经电压误差放大器放大的慢变化的直流采样信号与恒定频率的三角波上斜坡信号相比较，经脉冲宽度调制得到一定宽度的脉冲控制信号，电路的各点波形如图1（a）所示。逐个脉冲的限流保护电路必须另外附加。电压反馈控制模式的优点如下。 ①PWM三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量。 ②占空比调节不受限制。 ③对于多路输出电源而言，它们之间的交互调节特性较好。 ④单一反馈电压闭环的设计、调试比较容易。 ⑤对输出负载的变化有较好的响应调节。 电压反馈控制模式的缺点如下。 ①对输入电压的变化动态响应较慢。当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时，因为主电路中的输出电容C及电感L有较大的相移延时作用，输出电压的变小也延时滞后，而输出电压变小的信息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后，才能传至PWM比较器将脉宽展宽。这两个延时滞后作用是动态响应慢的主要原因。 ②补偿网络设计本来就较为复杂，闭环增益随输入电压而变化的现象使其更为复杂。 ③输出端的LC滤波器给控制环增加了双极点，在补偿设计误差放大器时，需要将主极点低频衰减，或者增加一个零点进行补偿。 ④在控制磁芯饱和故障状态方面较为麻烦和复杂。 改善及加快电压模式控制动态响应速度的方法有两种：一种是增加电压误差放大器的带宽，以保证其具有一定的高频增益。但是这样容易受高频开关噪声干扰的影响，需要在主电路及反馈控制电路上采取措施进行抑制或同相位衰减平滑处理。另一种是采用电压前馈控制模式。电压前馈控制模式的原理图如图1（b）所示。用输入电压对电阻、电容（Rt、Ctt）充电，以产生具有可变化的上斜坡的三角波，并且用它取代传统电压反馈控制模式中振荡器产生的固定三角波。此时输入电压变化能立刻在脉冲宽度的变化上反映出来，因此该方法明显提高了由输入电压的变化引起的动态响应速度。在该方法中对输入电压的前馈控

4-20mA电流信号转成0-5V电压信号

LM324组成的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路 解决上面问题的简单方法是在单片机输入之前配置一个由运算放大器组成的缓冲处理电路，见图2。 增加这级运算放大器可以起到对零点的处理会变得更加方便，无需耗用单片机的内部资源，尤其单片机是采用A／D接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证A/D转换位数的资源能够全部应用于有用信号上。 以4～20mA 例，图中的RA0是电流取样电阻，其值的大小主要受传感变送器供电电压的制约，当前级采用24V供电时，RA0经常会使用500Ω的阻值，对应20mA 的时候，转换电压为10V，如果仅仅需要最大转换电压为5V，可以取RA0=250Ω。这时候，传感变送器的供电只要12V就够用了。因为即使传送距离达到1000米，RA0最多也就几百Ω而已。□ォ<。)#)))≦ 同时，线路输入与主电路的隔离作用，尤其是主电路为单片机系统的时候，这个隔离级还可以起到保护单片机系统的作用。 图2 采用的是廉价运放LM324，其对零点的处理是在反相输入端上加入一个调整电压，其大小恰好为输入4mA时在RAO上的压降。有了运算放大器，还使得 RAO的取值可以更加小，因为这时信号电压不够大的部分可以通过配置运放的放大倍数来补足。这样，就可以真正把4～20mA电流转换成为0～5V电压了。 使用运算放大器也会带来一些麻烦，尤其在注重低成本的时候，选择的运放

往往是最最廉价的，运放的失调与漂移，以及因为运放的供电与单片机电路供电的稳定性，电源电压是否可以保证足够稳定，运放的输入阻抗是否对信号有分流影响，以及运放是否在整个信号范围内放大特性平坦，如此等等，造成这种廉价电路的实际效果不如人意。 而最大的不如人意之处还是在零点抵消电路上，随着信号电流的变化，运放的反相端的电压总是会与零点调整电压发生矛盾，就是这个零点电压也在随着运放输出的变化而变化，只不过由于有了信号有用电压的存在，而在结果中不容易区分而已。这种现象最容易造成非线性加大。虽然可以在单片机里采用软件校正来纠正，但是，就具体措施而言，这样做需要增加编程人员不少的工作量，而且需要多点采集数据来应对。

电压频率和频率电压转换电路的设计

电压频率和频率电压转换电路的设计 图1 数字测量仪表电压/频率电路是一种模/数转换电路，它应用于模/数转换，调频，遥控遥测等各种设备。（2）F/V转换电路F/V转换电路的任务是把频率变化信号转换成按比例变化的电压信号。这种电路主要包括电平比较器、单稳态触发器、低通滤波器等电路。它有通用运放F/V转换电路和集成F/V转换器两种类型。1、1设计要求设计一个将直流电压转换成给定频率的矩形波的电路,要求包括：积分器；电压比较器和一个将给定频率的矩形波转换为直流电压的电路，要求包括：过零比较器、单稳态触发器、低通滤波器等。1、2 设计指标(1）输入为直流电压0- 10V，输出为f=0-500Hz的矩形波。 （2）输入ui是0~10KHZ的峰-峰值为5V的方波，输出uo为0~10V的直流电压。2 设计内容总体框图设计2．1 V/F转换电路的设计2、1、1 工作原理及过程积分器和滞回比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图2所示，比较器输出的矩形波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成矩形波，这样便可构成三角波，矩形波发生器。由于采用集成运放组成的积分电路，因此可以实现恒流充电，能够得到比较理想的矩形波。 通过分析可知，矩形波幅值大小由稳压管的稳定电压值决定，即方波的幅值。

矩形波的振荡频率2、1、2 模块功能积分器：积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。滞回比较器：用来输出矩形波，积分器得到的三角波可触发比较器自动翻转形成矩形波。稳压管：用来确定矩形波的幅值。 图2 总体框架图2、2 功能模块的设计2、2、1 积分电路工作原理积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即输入电压与输出电压的积分成正比。由于同相积分电路的共模输入分量大，积分误差大，应用场合少，所以不予论述，本课程设计用到的是反相积分电路。图3 积分器反相积分电路如图3 所示，电容器C 引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流电压均采用瞬时值符号。由电路得因为“-”端是虚地，即U-=0,并且式中是积分前时刻电容C上的电压，称为电容端电压的初始值。所以把代入上式得当时若输入电压是图所示的阶跃电压，并假定,则t>=0时，由于，所以由此看出，当E为正值时，输出为反向积分，E对电容器恆流充电，其充电电流为E/R，故输出电压随线性变化。当向负值方向增大到集成运放反向饱和电压时，集成运放进入非线性工作状态，保持不变，图3所示。 如输入是方波，则输出将是三角波，波形关系如图4所示。当时间在0～期间时，电容放电当t=1时，当时间在～期间时，电容充电，其初始值所以当 t= 时，。