UI转换器的原理、设计与应用

UI转换器的原理、设计与应用

摘要:为解决大张庄泵站原有的一些老式仪表或传感器的输入、输出信号与H9000计算机监控系统中下位机LCU柜中的输入、输出继电器进行连接,本文提出U/I转换器对原有的电压、电流信号进行转换。这可以使老式装备同现代化的计算机操作系统有机的结合在一起,使泵站的自动化水平再上一个新台阶。

关键词:泵站计算机U/I转换器

1、U/I 转换器原理

U/I转换器是将电压转换为电流的转换器,它不但要求输出电流与输入电压具有线形关系,而且要求输出电流随负载电阻的变化所引起的变化量不超过允许值,即转换器具有恒流性能。图1为非隔离型的U/I转换器原理图。

图1 非隔离型U/I转换器原理图

2、U/I转换器电路的设计

这个电路（见图2）是一个非隔离型的U/I转换电路。它由输入电压的分压放大环节,基准电压的分压环节,输入电压、基准电压、反馈电压的比较环节,反馈环节,倒相放大环节,电流输出环节。

2.1 输入电压的分压放大环节

它由主要元件运算放大器LM385和分压器P1构成,如图2种输入电压的分压放大环节所示。首先,输入电压Ui经过由R0和R1组成的的分压电路,这样做的目的是为了增大输入电流的输入范围,分压公式为:

（1）

这样Ui1就成为了运算放大器LM358的正相输入。运算放大器的反相输入端接入反馈信号。反馈回路由分压器P1,电容C1,电阻R2和电阻R3组成。分压器P1的调节对运算放大器的输出有着微小的调节作用,它对输入电压的调零起到了微调的作用。电容C1的作用是去掉放大过程中的交流干扰信号。

2.2 基准电压的分压环节

它由-5V稳压管和分压器P2构成,如图2中基准电压的分压环节所示,由于-5V稳压管的作用,U1节点上的电压为-5V,这是一个恒定值。再经分压管P2的分压作用,得到一个小于或等于U1（-5V）的电压U2,这个U2就作为基准电压接到下一级比较器的正相端.

2.3 比较环节

它由运算放大器LM741、分压器P3和电容C2构成,如图2中的比较环节可了解这个结构。这个环节中的基准电压Ub2不再是那个从分压器P2上所分下来的电压U2,而是U2和由电阻R7反馈回来的电压信号叠加而成的电压。输入电压Ui2也是Ui经前一个环节分压放大后的信号和有电阻R8反馈回来的电压信号叠加而成的。由于加入了反馈信号,这个电路就具有了深度的负反馈,因此电路将具有良好的恒流性能。而由运算放大器的输出端通过C2连接到运算放大器的反相输入端,这是为了平稳电路。

2.4 反馈环节

见图2的反馈环节,它由电阻R7、R8,分压器P4,电容C3组成,作用就是引回反馈信号,使电路具有深度电流负反馈。所以,这个环节不再赘述。

2.5 倒相放大环节

如图2中的倒相放大环节所示,它由三极管T1和稳压管D1构成。稳压管D1