电流电压转换电路

电流电压转换电路 课题: 电流电压转换电路 专业班级: 电信本 学生姓名: 学 号: 55 指导教师: 设计时间: 1-5 电流电压转换电路 一、设计任务与要求 1.将4mA,20mA的电流信号转换成?10V的电压信号，以便送入计算机进行处理。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。 2(用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(?12V)。二、设计与论证 题目要求之(一):要求将4mA~20mA的电流信号转换成为?10V的电压信号，可以设计一个第一级增益为1的差动输入电路，第二级增益为2.5的电路，从而达到电流-电压转换。 题目要求之(二):要求用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的?12V直流电源。我们知道直流电源可由四部分构成，变压器，桥式整流电路，电容滤波电路及集成稳压电路构成。通过对各元器件参数的计算及电路的组合分析可初步定制出原理图。 题目(一): 方案一: 设计一个第一级增益为1的差动输入电路，第二级增益为2.5的电路。 其原理图为: XMM250%R8R452%XMM120kΩ20kΩR11Key=AVDD10kΩKey=A-12VVDD4U1-12VR2R64U2UA741CD2R5UA741CD10kΩ10kΩ62Key=A10kΩ36R170%3500Ω715R9V1715XMM312 V 10kΩR7R10VCC750ΩR13VCC10kΩ12V4kΩ12VR12R35kΩ10kΩKey=A23% D1 6.2 V 方案一总结:优点:精确/易调。缺点:电阻难买到，不是很方便，稳压管只有 - 2 - 6.2V的。 方案二: 设计一个第一级增益为1的电压并联负反馈，第二级增益为2.5的电路。 其原理图为: 50kΩXMM2Key=A1kΩXMM3Key=A50%R2R4VDD50%-12VVDD4-12VU14U2UA741CD2R3UA741CDXMM16210kΩ36R53715R110kΩ71510kΩ70%V2Key=AR7R610kΩ12 V 10kΩ65%R8Key=A1kΩ V112 V 方案二总结:优点:较准确，电路简单，器材比较容易买到;缺点:由于电位器的调节不是很精确，引起实验误差，难调节。 通过对2个方案的比较分析，我们选出了最优的方案——方案一。 题目(二): (一)桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计(?12V)。 根据其设计图: 我们分别设计出其四个部分的电路图，再经过组合得到其总原理图为: - 3 - (二)桥式整流电容滤波集成稳压块正负直流电源电路设计(?12V)。 直流源四个组成部分分析: 1、电源变压器。 其电路图如下: 由于要产生?12V的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压u2应大于24V， 由现有的器材可选变压后副边电压u2为15V的变压器。 2、整流电路。 其电路图如下: - 4 - 桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。 3、滤波电路。 其电路图如下: 滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。 电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。 滤波电路输出电压波形如下: 4、稳压电路。 三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。调成管决定输出电压值。由于本课程设计要求?12V 的输出电压，所以我们选用7812和7912的三端稳压管 - 5 - 三、单元电路设计与参数计算 (一)第一级电流的计算; 由于设计要求是要把4mA~20mA的电流转换成电压，所以要提供电流源。可以用制作的12V直流源与一电位器串联，通过调节电位器从而达到所需的电流，运放采用差动输入。 I=U/R,当I=4mA时，R=U/I=12V/4mA=3KΩ;当I=20mA时，R=12V/20mA=0.6KΩ. 所以只要调节电位器的阻值在0.6KΩ~KΩ之间就可以达到电流4mA~20mA。 选择电位器R2为10K的电位器，R1=0.5KΩ可由2只1KΩ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设计增益为1，对1 应输出电压为-2V~-10V.故要求电阻R6,R7，R4阻值相等，取R6=R7=R4=10KΩ。 - 6 - (二)第二级的计算: 因为第一级电压变化范围为-2-(-10)=8V.而最终输出应为-10V~+10V，变化范围10V-(-10V)=20V，故A级增益为20V/8V=2.5倍，又输入电流为12mA时，2 A输出电压为-12mA×0.5mA=-6V.此时要求A输出为0V。故在A反相输入端加入122一个+6V的直流电压，使 A输出为0。A运放采用反相加法器，增益为2.5倍。22 取R9=10K,R5=10K,R8+R11=25K(以用10K的电位器进行调节，所以选择10K的电位器)，R13=R5//R9//R8+R11=4K,R10=750Ω。反相加法器引入电压为6V，可以用一6.2V稳压管稳压，从而达到所需的6V. - 7 - 四、总原理图及元器件清单 (一)、总原理图 (1)电流电压转换电路 XMM250%R8R452%XMM120kΩ20kΩR11Key=AVDD10kΩKey=A-12VVDD4U1-12VR2R64U2UA741CD2R5UA741CD10kΩ10kΩ62Key=A10kΩ36R170%3500Ω715R9V1715XMM312 V 10kΩR7R10VCC750ΩR13VCC10kΩ12V4kΩ12VR12R35kΩ10kΩKey=A23% D1 6.2 V )桥式整流电容滤波集成稳压块?12V直流电源 (2 - 8 - (二)、元件清单 元件序号 型号 主要参数 数量 备注(单价: 元) R10 1K 电位器 1 0.5 R6,R5,R9,R3,R5，R8 10K,1K,20K 7 0.1 R2,R13，R11 10K 电位器 3 0.5 R4. 100K 电位器 1 0.5 C1,C2 3300 uF 2 0.5 C3,C4 0.47 uF 2 0.3 C5,C6 1 uF 2 0.2 C7,C8 220 uF 2 0.2 D1 D2 D3 D4 D5 In4007 6 0.2 D7 D8 2 0.2 变压器 1 U2=?15V 三端稳压管 W7812 2 1.5 Uo=?12V W7912 五、安装与调试 (一)安装 依据已设计出的电路图，合理地在电路板上布局，拉线。在安装的过程中注意以下几点: 1、电解电容的正负极不能接反; 2、uA741的各管脚不能接错; 3、三端稳压管三个端的作用一定要分清,特别是W7912; 4、焊时拉线要直，焊点应均匀; 5、电位器应先检查是否完整; 6、稳压管注意PN极。 (二)调试 1、直流源动态调试 将变压器插头插至220V交流电后，开始测稳压管两端电压Ui1和Ui2，最后测试Uo1和Uo2。这几个步骤应按顺序进行，若其中某一个步骤出现问题，应及时停下进程，切断电源，查找和想法排解故障。 - 9 - 2、电流电压转换电路动态调试 1、先用仿真软件将原理图仿真，观察其是否符合理论结果。仿真结果如下: 可知原理图符合实验要求，达到预期结果。 六、性能测试与分析 (一)直流源性能测试与分析 1、直流源性能测试 在调试成功后，我们开始测试直流源各组成部分的电压。具体过程如下: 测量值:(1).W7812两端管压降:9.5V W7912两端管压降:9.5V (2).+VCC: 12V -VCC: -12V 2、直流源数据处理及误差分析: 1、数据处理: 理论值:(1)W7812/W7912两端管压降:9V 误差计算:η=|9.5-9|/9×100%=5.6% (2)稳压电压:+VCC:12V -VCC:-12V 误差计算:η=|12-12|/12×100%=0%;η=|-12-(-12)|/12×100%=0% 2、误差分析:(1)、实验时读数不仔细引入实验误差; (2)、实验仪器不够精确; (3)、电子元件本身制作不精良; (4)、焊接技术不够成熟，导致电路板没达到理想结果; - 10 - (二)电流电压转换电路性能测试与分析。 1. 电流电压转换电路性能测试 1).数据处理 输入电流(mA) 第一级输出电第一级输出电第二级输出电第二级输出电 压理论值(V) 压实际值(V) 压理论值(V) 压实际值(V) 4 -2 -1.97 -10 -9.88 5 -2.5 -2.62 -8.75 -8.65 6 -3 -2.95 -7.5 -7.51 8 -4 -3.99 -5 -5.0 10 -5 -4.98 -2.5 -2.51 12 -6 -6.02 0 0 14 -7 -7.0 2.5 2.45 16 -8 -7.88 5 4.89 18 -9 -8.95 7.5 7.48 20 -10 -9.91 10 9.85 误差计算:当I=4 mA时，η=|-9.88-(-10)|/10×100%=2% 1 当I=12 mA时，η,|0-0|/1×100%=0% 2 当I=20 mA时，η,|9.85-10|/10×100%=1.5% 3 2)(误差分析: (1)、电子元件制作不精良; (2)、焊接技术有待提高; (3)、实验仪器本身存在误差,集成运放不是理想的; (4)、直流电源带负载能力有影响; (5)、实验读数时不仔细引入实验误差。 七、结论与心得 (1)、由此实验可知，引入一个第一级增益为1的差动输入电路，第二级增益为2.5的电路可以实现电流到电压的转换。这个实验达到了设计要求，即1.将4mA,20mA的电流信号转换成?10V的电压信号，以便送入计算机进行处理。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。 (2)、用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(?12V) (3)、在此次课程设计的之初，我们遭遇了很多障碍，感到无法理出思绪，不知从何下手，经过查阅相关书籍及上网进入相关知识库搜索，咨询学长学姐，我们逐渐找到方向，突破了难点，初步确定理论知识，并画出电路图仿真。 - 11 - 实验过程中，要克服很多的困难，最难的就是调试;同时由于焊接的电路板不是很方便接线，容易掉铜片，所以接线要格外小心。 总之此次课程设计对我而言意义非凡，它让我找回了对此课程的兴趣，认识了自己的兴趣，加深了我对理论知识的理解，强化我的动手能力。最后感谢曾老师在这个过程中对我们的帮助及耐心指导～ 八、参考文献 1、《电工电子实践指导》(第三版)，王港元主编，江西科学技术出版社(2009) 2、09) 《电子线路设计、实验、测试》(第四版)，罗杰，谢自美主编，电子工业出版社(203、《电子技术课程设计指导》，彭介华主编，高等教育出版社(2000) 4、《555集成电路实用大全》，郝鸿安等主编，上海科学普及出版社 5、《电子技术基础实验研究与设计》，陈兆仁主编，电子工业出版社(2000) 6、《毕满清主编，电子技术实验与课程设计》， 机械工业出版社。 7、《用万用表检测电子元器件》，杜龙林编，辽宁科学技术出版社(2001) 8、《新型集成电路的应用》，梁宗善，华中理工大学出版社(2001) 9、《新颖实用电子设计与制作》，杨振江等编，西安电子科大出版社(2000)。 - 12 - 物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表 专业:电子信息工程 班级:电信本 学号: 55 姓名: 课题名称 电流电压转换电路 1.将4mA,20mA的电流信号转换成?10V的电压信号，以便送入计算机进行处理。这设 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,计 任对应，10V。 务 2(用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源(?12V) 与 要 求 评分标准: 设?有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。(0-20分) 计?电路板制作、调试，有详细制作和调试过程。(0-10分) 报 告?电路板测试合理，对性能指标测试数据完整，正确;进行数据处理规范，进行了误成差计算和误差分析。(0-15分) 绩 ?对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。 (0-5分) 设计成绩: 电评分标准: 子 作?电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。(0-30分) 品?电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。(0-20分) 成 绩 (其中直流电源部分占20%，功能部分80%) 电子作品成绩: 课 程 总成绩: 设 计指导教师: 成 绩 1月5日 - 13 -