電壓電流轉換器 – 定義、電路、型別

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在電氣和電子電路中，有兩個基本的電量，即電流和電壓。有時，我們需要將這兩個量相互轉換。為此，設計了被稱為轉換器的電子電路。根據轉換方式，轉換器有兩種型別，即**電壓電流轉換器（V/I轉換器）**和**電流電壓轉換器（I/V轉換器）**。

在本文中，我們將討論**電壓電流轉換器（或V/I轉換器）**的定義、電路圖、型別和應用。讓我們從電壓電流轉換器的基本介紹開始。

什麼是電壓電流轉換器？

將電壓作為輸入併產生電流作為輸出的電子電路稱為**電壓電流轉換器**。電壓電流轉換器也稱為V/I轉換器。

換句話說，產生與施加電壓成正比的電流的電子電路稱為電壓電流轉換器（V/I轉換器）。

電壓電流轉換器用於儀表電路。其中，電壓電流轉換器產生與輸入電壓對應的電流。因此，它可以將電壓形式的電資料轉換為電流形式。電壓電流轉換器的框圖如圖1所示。

電壓電流轉換器的轉換比

電壓電流轉換器的輸出電流與輸入電壓之比稱為轉換器的**轉換比**。

$$ \mathrm{轉換比，A=\frac{輸出電流\left ( I_{out} \right )}{輸入電壓\left ( V_{in} \right )}} $$

電壓電流轉換器的電路圖

可以使用運算放大器實現電壓電流轉換器。在實踐中，IC LM741運算放大器通常用於此目的。運算放大器可以將電壓訊號轉換為相應的電流訊號。

使用運放的典型電壓電流轉換器的電路圖如圖2所示。

在使用運放的電壓電流轉換器中，輸入電壓訊號施加到運放的同相端，而輸出電流則透過輸出端引出。

電壓電流轉換器的型別

有兩種型別的電壓電流轉換器是使用運放實現的：

• 浮載電壓電流轉換器
• 接地負載電壓電流轉換器

讓我們逐一詳細討論這兩種型別的電壓電流轉換器。

浮載電壓電流轉換器

顧名思義，在該型別的電壓電流轉換器中，負載電阻在轉換器電路中保持浮動，被稱為**浮載電壓電流轉換器**。“浮載”表示負載電阻未連線到地。浮載電壓電流轉換器的電路圖如圖3所示。

在浮載電壓電流轉換器中，輸入電壓 (V_in) 提供給運算放大器 (Op-Amp) 的同相端，而運放的反相端則提供反饋電壓 (V_f)。反饋電壓由輸出電流決定。在這種型別的電壓電流轉換器中，反饋電壓 (V_f) 與輸入差分電壓 (V_d) 串聯。因此，浮載電壓電流轉換器也稱為**電流串聯負反饋放大器**。

浮載電壓電流轉換器的電壓方程是透過在輸入迴路中應用KVL獲得的：

$$ \mathrm{V_{in}=V_{d}+V_{f}} $$

運放的傳遞函式或增益 (A) 非常大。因此，V_d = 0。

$$ \mathrm{\therefore V_{in}=V_{f}} $$

由於運放的輸入電流 I_B 為零。

$$ \mathrm{\therefore V_{in}=I_{o}\times R} $$

因此，輸出電流為：

$$ \mathrm{I_{o} =\frac{V_{in}}{R} } $$

因此，從上式可以看出，輸出電流取決於電路的輸入電壓和輸入電阻。由於輸出電流由電阻R控制，因此：

$$ \mathrm{I_{o} \propto V_{in} } $$

即輸出電流與電路的輸入電壓成正比。

接地負載電壓電流轉換器

在**接地負載電壓電流轉換器**中，負載電阻 R_L 的一端始終連線到地。接地負載電壓電流轉換器也稱為**霍蘭德電流轉換器**。這種電壓電流轉換器的電路圖如圖4所示。

為了分析接地負載電壓電流轉換器的電路，我們首先確定輸入電壓 𝑉_𝑖𝑛 和輸出電流 𝐼_𝑂 之間的關係。為此，我們在節點 𝑉₁ 處應用 KVL，得到：

$$ \mathrm{I_{1}+I_{2} = I_{o}} $$

$$ \mathrm{\Rightarrow \frac{V_{in}-V_{1}}{R}+\frac{V_{o}-V_{1}}{R}=I_{o}} $$

$$ \mathrm{V_{in}+V_{o}-2V_{1}=I_{o}R} $$

但是，對於同相放大器，傳遞增益 A 為：

$$ \mathrm{A=1+\left ( \frac{R_{f}}{R_{1}} \right )} $$

在這個電路中：

$$ \mathrm{R_{f}=R_{1}=R} $$

$$ \mathrm{\therefore A=1+\frac{R}{R}=2} $$

因此，輸出端的電壓為：

$$ \mathrm{V_{o}=2V_{1}} $$

因此，接地負載電壓電流轉換器的上述電壓方程將變為：

$$ \mathrm{V_{in}+2V_{1}-2V_{1}=I_{o}R} $$

$$ \mathrm{\therefore V_{in}=I_{o}R} $$

因此，輸出負載電流為：

$$ \mathrm{ I_{o}=\frac{V_{in}}{R}} $$

因此，很明顯，輸出電流與輸入電壓 V_in 和電阻 R 有關。

結論

在本文中，我們詳細討論了電壓電流轉換器。電壓電流轉換器用於測試 LED 和二極體。它們也用於低電壓交流和直流電壓表以及齊納二極體測試儀。