单运放电压电流转换电路的工作原理分析
1、 工作原理分析
图5.39为单运放电压—电流转换电路图，首先对电路进行工作原理分析：u1a、r1、r2、r3和r4实现差分放大功能。正常工作时节点电压vn=、vp=，根据运放虚短、虚断工作原理，vn=vp，所以=，即vin=v1-v2。相对于采样电阻rs，电阻r4阻值非常大，所以输出电流iout==，输入电压与输出电流成线性关系，通过调节采样电阻rs和输入电压vin实现输出电流控制。
图5.39 单运放电压—电流电路
第1步：对电路进行瞬态仿真分析，图5.40和图5.41分别为瞬态和参数仿真设置，图5.42为输出电流波形。由仿真结果可得，当输入电压为0v时输出电流约为0a，当输入电压为5v时输出电流约为20ma。
图5.40 瞬态仿真设置
图5.41 输入电压参数仿真设置
图5.42 输出电流波形
第2步：直流仿真分析——输入电压与输出电流传输特性。图5.43、图5.44和图5.45分别为直流分析仿真设置、仿真波形和数据。当输入电压为0—5v时，输出电流最小值为11.945ua，最大值为20.023ma，整体误差优于千分之一。稳压管d1实现等效负载功能，当输出悬空时电流通过d1回到地，整体电路闭环恒流工作，避免输出悬空时电路偏置在极端饱和状态。另外根据输出电压大小选择合适的d1稳压管型号，避免正常工作时稳压管限压。差分电阻r4的阻值对输出电流精度将会产生影响，因为输出电流iout通过电阻r4进行流通，如果r4相对于rs阻值非常大，并且输出电压很低，影响将会非常小；如果此处采用运放跟随后再与电阻r4连接，输出电流将不再受电阻r4影响，精度将会大大提高。
图5.43 直流仿真设置
图5.44 输出电流波形
图5.45 仿真数据
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图5.43 直流仿真设置
图5.44 输出电流波形
图5.45 仿真数据
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