运算放大器（五）：V-I 转换器

原创 已于 2023-11-29 09:22:15 修改 · 2k 阅读 · 26 ·
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#嵌入式硬件 #恒流源 #V-I转换器 #高侧电压至电流转换器

于 2023-11-29 09:21:08 首次发布
本文介绍了如何使用高侧电压至电流(V-I)转换器，将低输入电压转化为可调的输出电流，以及如何利用此电路构建恒流源电路的简单仿真方法。

1、高侧电压至电流（V-I）转换器

下图显示的电路是高侧电压至电流(V-I) 转换器。可将 0 V 至 2V 的输入电压转换为 0mA 至 100mA 的输出电流

其测量转换函数如下图所示：

可利用该电路搭建恒流源电路，如下图仿真电路所示（具体计算方式较为简单，不再列出）

2、仿真电路

V-I转换器恒流源电路方案 i-V转换器电路方案
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SI1204D为TrenchFET® Power MOSFET N通道MOSFETG：gate 栅极；S：source 源极；D：drain 漏极。VIN输入-》虚短虚断-》V+=V-=VIN-》V-恒定-》需断-》V-=V3-》i3=V-/R3 恒定-》因为+端>-端，比较器-》输出高-》mos管导通-》i3=i负载 实现恒流范围:iout = VIN/R3 if VIN(0-2V) R3=20 IOUT=I负载=0-100MA。
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但是此电阻也不能无限增加，首先我们所列方程均是基于运放虚短虚断的假设，此假设又是基于运放输入阻抗无穷大，输出阻抗无穷小的前提条件，然而实际的运放并非理想运放，对于TL082IDR这款运放，其Rid（Common-mode input resistance）典型值为1TΩ，以此来看感觉1MΩ确实还不是很大，但是还有另一个影响因素需要考虑，那就是电路的抗干扰能力，原则上，电阻越大受到外部干扰的可能性越大。也就是实现Uin 0~10V变化时对应Iout 0~20mA的一个线性对应关系。
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跨阻放大器 Trans-impedance amplifier（TIA ），具有高带宽的优点，一般用于高速电路，如光学传感器(如光电二极管、（X：输入，Y：输出）。在电学范畴，由于用电压或电流表征一个信号，当输入信号为电流，输出信号为电压时，A=Y(电压)/X(电流)，其工作原理是：当光撞击光电二极管时，光电管的光敏面受光照射时，由于。通过跨阻放大器放大输出，这样就实现了光信号转换成电信号进而将电信号初步放大的功能。管)的前端放大器，用于将传感器的输出电流转换为电压。
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然而，在这个情况下，相对于技术规格表中的测试条件，运算放大器输出电流很低，所以运算放大器能够摆动至比表中显示的更接近于接地的位置。在这个情况下，运算放大器的总输出电压接近接地电平，并且变为非线性（例如，VOPA = V 设定 + V 负载 = 0.01V + 10µV = 0.01V）。I 输出将保持一个良好调节的电流，只要 R 设定和 R 负载上的总电压不违反运算放大器的输出限值，或者 INA 的输入共模限值。在低值电阻负载由低电流电平驱动的情况下，可以使用一个较低增益（例如，GINA= 1V/V）。
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