1、 工作原理分析
圖5.39為單運(yùn)放電壓—電流轉(zhuǎn)換電路圖,首先對(duì)電路進(jìn)行工作原理分析:U1A、R1、R2、R3和R4實(shí)現(xiàn)差分放大功能。正常工作時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓VN=、VP=,根據(jù)運(yùn)放虛短、虛斷工作原理,VN=VP,所以=,即VIN=V1-V2。相對(duì)于采樣電阻RS,電阻R4阻值非常大,所以輸出電流Iout==,輸入電壓與輸出電流成線性關(guān)系,通過調(diào)節(jié)采樣電阻RS和輸入電壓VIN實(shí)現(xiàn)輸出電流控制。
圖5.39 單運(yùn)放電壓—電流電路
第1步:對(duì)電路進(jìn)行瞬態(tài)仿真分析,圖5.40和圖5.41分別為瞬態(tài)和參數(shù)仿真設(shè)置,圖5.42為輸出電流波形。由仿真結(jié)果可得,當(dāng)輸入電壓為0V時(shí)輸出電流約為0A,當(dāng)輸入電壓為5V時(shí)輸出電流約為20mA。
圖5.40 瞬態(tài)仿真設(shè)置
圖5.41 輸入電壓參數(shù)仿真設(shè)置
圖5.42 輸出電流波形
第2步:直流仿真分析——輸入電壓與輸出電流傳輸特性。圖5.43、圖5.44和圖5.45分別為直流分析仿真設(shè)置、仿真波形和數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入電壓為0—5V時(shí),輸出電流最小值為11.945uA,最大值為20.023mA,整體誤差優(yōu)于千分之一。穩(wěn)壓管D1實(shí)現(xiàn)等效負(fù)載功能,當(dāng)輸出懸空時(shí)電流通過D1回到地,整體電路閉環(huán)恒流工作,避免輸出懸空時(shí)電路偏置在極端飽和狀態(tài)。另外根據(jù)輸出電壓大小選擇合適的D1穩(wěn)壓管型號(hào),避免正常工作時(shí)穩(wěn)壓管限壓。差分電阻R4的阻值對(duì)輸出電流精度將會(huì)產(chǎn)生影響,因?yàn)檩敵鲭娏鱅out通過電阻R4進(jìn)行流通,如果R4相對(duì)于RS阻值非常大,并且輸出電壓很低,影響將會(huì)非常小;如果此處采用運(yùn)放跟隨后再與電阻R4連接,輸出電流將不再受電阻R4影響,精度將會(huì)大大提高。
圖5.43 直流仿真設(shè)置
圖5.44 輸出電流波形
圖5.45 仿真數(shù)據(jù)
2、 附錄——關(guān)鍵仿真器件模型
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