电量转换器

电压和电流是基本电量。它们可以根据需要相互转换。电压到电流转换器和电流到电压转换器是两种有助于这种转换的电路。这些也是运算放大器的线性应用。本章将详细讨论它们。

电压到电流转换器

电压到电流转换器或V到I转换器是一种以电流为输入并产生电压作为输出的电子电路。本节讨论基于运算放大器的电压到电流转换器。

当电压施加到基于运算放大器的电压到电流转换器的非反相端时，该转换器会产生输出电流。下图显示了基于运算放大器的电压到电流转换器的电路图。

在上图所示的电路中，输入电压 $V_{i}$ 施加在运算放大器的非反相输入端。根据虚拟短路概念，运算放大器的反相输入端的电压将等于其非反相输入端的电压。因此，运算放大器反相输入端的电压将为 $V_{i}$。

反相输入端节点的节点方程为 −

$$\frac{V_i}{R_1}-I_{0}=0$$

$$=>I_{0}=\frac{V_t}{R_1}$$

因此，电压-电流转换器的输出电流 $I_{0}$ 是其输入电压 $V_{i}$ 与电阻 $R_{1}$ 之比。

我们可以将上述方程重写为 −

$$\frac{I_0}{V_i}=\frac{1}{R_1}$$

上述方程表示输出电流 $I_{0}$ 和输入电压 $V_{i}$ & 它等于电阻 $R_{1}$ 的倒数。输出电流 $I_{0}$ 和输入电压 $V_{i}$ 的比值称为跨导。

我们知道，电路的输出和输入的比值称为增益。因此，电压到电流转换器的增益是跨导，它等于电阻 $R_{1}$ 的倒数。

电流到电压转换器或I 到 V 转换器是一种以电流为输入并产生电压作为输出的电子电路。本节讨论基于运算放大器的电流电压转换器。

当电流施加到其反相端时，基于运算放大器的电流电压转换器会产生输出电压。基于运算放大器的电流电压转换器的电路图如下图所示。

在上图所示的电路中，运算放大器的非反相输入端接地。这意味着在其非反相输入端施加零伏电压。

根据虚拟短路概念，运算放大器反相输入端的电压将等于其非反相输入端的电压。因此，运算放大器反相输入端的电压将为零伏。

反相端节点的节点方程为 −

$$-I_{i}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$-I_{i}=\frac{V_0}{R_f}$$

$$V_{0}=-R_{t}I_{i}$$

因此，电流-电压转换器的输出电压 $V_{0}$ 是反馈电阻 $R_{f}$ 和输入电流 $I_{t}$ 的(负)乘积。观察到输出电压 $V_{0}$ 带有负号，这表明输入电流和输出电压之间存在 180⁰ 的相位差。

我们可以将上述等式重写为 −

$$\frac{V_0}{I_i}=-R_{f}$$

上述等式表示输出电压 $V_{0}$ 与输入电流 $I_{i}$ 的比率，它等于反馈电阻 $R_{f}$ 的负值。输出电压 $V_{0}$ 与输入电流 $I_{i}$ 的比率称为跨阻。

我们知道电路的输出与输入的比率称为增益。因此，电流电压转换器的增益是其跨电阻，等于(负)反馈电阻 $R_{f}$ 。