作为电子工程师,在职业生涯中会碰到各式各样的问题,其效果便是运用所学的常识处理各种问题。当进行以电流方式输出的传感器电路规划时,一般会经过以下的过程进行规划:首要电流通化为电压,然后进行电压改换使其合适MCU处理的电压规模。从上面的过程看出电流通化电压是电流方式输出传感器规划的一个要点。下文将从简略到杂乱进行电流通电压电路的剖析。
首要,看下经典的电流通化电压静电电路,一般运用一个运放和一个反应电阻进行规划,如下图所示:
当设置输入电流源为1Hz电流强度为1mA时,在multisim上仿真成果如下:
从仿真的成果上能够看出,该电路完结了电流与电压的转化并进行了信号的扩大。尽管完结了规划的初衷,当深化的剖析一下,会有另一番景色。
在电流通化电压电路中,一个重要的参数便是灵敏度,如上图,经过一个运算扩大器将0.001A的电流通化为2V的电压,就能够界说该电路的灵敏度为2V/ma,也便是说电流通化电压的电路,输出电压巨细与电路的灵敏度有关。
上图的电流通化电压电路的反应元件是电阻,而实践上,能够选用电阻、电容和电感的各种组合,其一般的表达式为:
Vo(s)=-Z(s)*Ii(s)
在实践运用时,有的时分需求高灵敏度的电流电压转化电路,假如依照上图的电路进行规划,选用大点的反应元件即可,可是这也为后续的规划和计划的一致性埋下了失利的伏笔:反应元件数值越大,假如精度相同,那么一致性会大打折扣。比方关于上面的电路,选用5%的1kΩ的电阻,其有效值规模为950-1050Ω,假如换为1MΩ的5%的电阻,其有效值规模为9500-10500Ω。为了处理相似的问题,在实践的规划中会选用T型反应网络的电流电压转化电路,如下如
运用基尔霍夫电流规律,能够求得
Vo=-(1+R2/R1+R2/R3)*R1*I(i)
这样,就能够运用数值较低的元件完结灵敏度较高的电流电压转化电路。运用multisim仿真成果如下:
除了在饭反应网络上下功夫,还要考虑别的一个要素:运放的输入偏置电流。
所谓的输入偏置电流便是确保扩大器作业在线性规模,为扩大器供给直流作业点的电流。关于选用三极管作为运放输入极的运放来说,输入偏置电流便是基极的电流。假如规划高灵敏度的电流电压转化电路,而且需求高的输入电阻,这时能够考虑用 JFET 输入或许MOSFET输入的运放。由于 JFET 是电压操控器材,其输入偏置电流参数是指输入 PN 结的反向漏电流,数值应在 PA 数量级。电压操控的MOSFET 器材,能够供给更小的输入漏电流。
一个常用的电流电压转化电路使用比如便是光电勘探电路。信任做过光电检测的人对该电路必定不会生疏。另一个常用的电流电压转化电路便是经典的R-2R梯形DAC电路。详细电路规划如下:
该电路中,能够经过bn的数值进行开关Sn的开关状况,
在该电路中,奇数项电阻阻值为R,偶数项电阻阻值为2R,此刻
Vo=-(Rf/R)Vi(b1*2-1+ b2*2-2+ …+ bn*2-n)
现在深化的剖析运放U1的两个输入端电流和,将电源Vi和一切的权电阻和开关看做一个黑匣子,运用基尔霍夫电流规律可知,运放的N和P极的电流在数学表达上能够表明为
In+Ip=(1-2-n)Vi/R
在数字电路中能够表明为两个状况的互补方式。
R-2R梯形DAC电路的长处是规划简略,且每位权电压改变最小。可是,也有其规划的难点:运放的N极和P极电压有必要最大极限的挨近,不然简单发生线性差错,这在必定程度上影响了DAC的精度。为尽量减小这一差错,在实践的规划中常常选用低漂移量的运放和在规划使总输入失调差错最小。
电路规划自身便是一个技能和艺术的结合,也是一个由浅入深的经验过程,上面的小文是笔者在电路规划中碰到的和处理问题得出的一些浅见,如有不妥和解说不详的状况,请留言,共同提高。