电压电流转换电路的制作方法

本实用新型涉及电源领域，特别是涉及电压电流转换电路。

背景技术：

工业系统中,在许多工业仪表例如变送设备、控制设备、计算机采样设备等，常采用工业标准电流用作电流驱动。通常采用电压电流转换器将输入的电压信号转换为电流信号用作可调恒流源。发明人在实现传统技术的过程中发现，传统的电压电流转换电路使用寿命短且成本高，无法满足大批量老化处理工作。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的电压电流转换器使用寿命短成本高的问题，提供一种电压电流转换电路。

一种电压电流转换电路，包括：输入端、平衡模块、转换模块、输出端；

所述输入端连接所述平衡模块的一端，所述平衡模块的另一端连接所述转换模块的一端，所述平衡模块用于抑制零漂和温漂；

所述转换模块包括一级放大单元和二级放大单元，所述平衡模块的另一端连接所述一级放大单元的一端，所述一级放大单元的另一端连接所述二级放大单元的一端，所述二级放大单元的另一端连接所述输出端，所述一级放大单元用于将输入电压放大并转换为第一电流，所述二级放大单元用于将所述第一电流放大为第二电流，所述第二电流经所述输出端输出。

在其中一个实施例中，所述一级放大单元包括运算放大器U1和电阻R1，所述运算放大器U1包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述第二输入端连接所述平衡模块，所述输出端连接所述电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端通过所述二级放大单元分别连接所述第一输入端和所述第二输入端。

在其中一个实施例中，所述二级放大单元包括晶体管Q1、电阻R2、电阻R3和可变电阻P1；

其中，所述晶体管Q1的第一极连接电源电压，第二极分别连接所述电阻R2的一端和所述可变电阻P1的第一端，所述可变电阻P1的第二端连接所述可变电阻的第一端，所述可变电阻P1的第三端连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端分别连接所述电阻R2的另一端和所述第二输入端。

在其中一个实施例中，所述平衡模块包括第一平衡单元和第二平衡单元，所述第一平衡单元连接所述第一输入端，所述第二平衡单元连接所述第二输入端。

在其中一个实施例中，所述第一平衡单元包括电阻R4、电阻R5和电阻R6；

所述输入端包括正极端子和负极端子，所述电阻R4的一端连接所述负极端子，另一端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端分别连接所述第一输入端和所述电阻R6的一端，所述电阻R6的另一端分别连接所述晶体管Q1的第二极、所述电阻R2的一端和所述可变电阻P1的第一端；

所述第二平衡单元包括电阻R7、电阻R8和电阻R9；

所述电阻R7的一端连接所述正极端子，另一端连接所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端分别连接所述第二输入端和所述电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端分别连接所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的一端。

在其中一个实施例中，所述电阻R4的阻值与所述电阻R7的阻值相同，所述电阻R5的阻值与所述电阻R8的阻值相同，所述电阻R6的阻值与所述电阻R9的阻值相同。

在其中一个实施例中，还包括保护模块，所述保护模块一端连接所述转换模块，另一端连接所述输出端。

在其中一个实施例中，所述保护模块包括二极管D1、二极管D2和热敏电阻PTC；

所述二极管D1的阴极分别连接所述热敏电阻PTC的一端、所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端和所述电阻R9的一端，所述二极管D1的阳极接地，所述热敏电阻PTC的另一端连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接所述输出端。

在其中一个实施例中，还包括滤波模块，所述滤波模块的一端连接所述输入端，另一端连接所述转换模块。

在其中一个实施例中，所述滤波模块包括电容C1、电阻R7和电阻R8；

所述电容C1的一端分别连接所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端，所述电容C1的另一端接地。

上述电压电流转换电路，平衡模块可以抑制电路的零漂和温漂，进而提升电路的放大性能，提高了系统运行的可靠性。一级放大单元和二级放大单元配合工作，将输入电压转换为第一电流后并对第一电流进行放大输出第二电流，进而可以提高电路的电流驱动能力，且采用一级放大单元和二级放大单元连接即可实现电压转换功能与括流功能，电路结构简单，成本低。

附图说明

图1为本申请的一个实施例提供的电压电流转换电路模块示意图；

图2为本申请的又一实施例提供的电压电流转换电路模块示意图；

图3为本申请的一个实施例提供的电压电流转换电路部分电路结构示意图；

图4为本申请的一个实施例提供的电压电流转换电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本实用新型。

请参见图1，本申请的一个实施例提供一种电压电流转换电路，包括：输入端A1、平衡模块100、转换模块200、输出端A2。输入端A1连接平衡模块100的一端，平衡模块100的另一端连接转换模块200的一端，平衡模块100用于抑制零漂和温漂。转换模块200包括一级放大单元210和二级放大单元220。一级放大单元210的一端连接平衡模块100的另一端，一级放大单元210的另一端连接二级放大单元220的一端，二级放大单元220的另一端连接输出端A2，一级放大单元210用于将输入电压放大并转换为第一电流，二级放大单元220用于将第一电流放大为第二电流，第二电流经所述输出端A2输出。

上述电压电流转换电路采用平衡模块100连接输入端和以及放大单元，平衡模块100可以抑制电路的零漂和温漂，进而可以提升电路的放大性能，提高了系统运行的可靠性。一级放大单元210和二级放大单元220配合工作，将输入电压转换为第一电流后并对第一电流进行放大输出第二电流，进而可以提高电路的电流驱动能力，且采用一级放大单元210和二级放大单元220连接即可实现电压转换功能与括流功能，电路结构简单，成本低。

请参见图2，在其中一个实施例中，电压电流转换电路还可以包括滤波模块300。滤波模块300的一端连接输入端A1，另一端连接转换模块200，用于滤除输出信号的噪声，以减少噪声对电路的干扰。

请继续参见图2，在其中一个实施例中，电压电流转换电路还可以包括保护模块400。保护模块400一端连接200转换模块，另一端连接输出端A2，保护模块400具有过流保护功能，当输出电流过大可能对后级电路产生损坏时，保护模块400可断开电压电流转换电路与后级电路之间的连接，防止大电流损坏后级电路。

进一步的，请参见图3，图3为本申请的一个实施例提供的电压电流转换电路结构图。其中，一级放大单元210包括运算放大器U1和电阻R1。运算放大器U1包括第一输入端、第二输入端和输出端。其中，第一输入端和第二输入端连接平衡模块100，输出端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端通过二级放大单元210分别连接至第一输入端和第二输入端。运算放大器U1可将输入电压放大，放大后的电压施加于电阻R1上以形成电流。

二级放大单元包括晶体管Q1、电阻R2、电阻R3和可变电阻P1。其中，晶体管Q1的第一极连接电源电压，第二极分别连接电阻R2的一端和可变电阻P1的第一端，可变电阻P1的第二端连接可变电阻P1的第一端，可变电阻P1的第三端连接所述电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R2的另一端和运算放大器U1第二输入端。

本实施例中，运算放大器U1的第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端。晶体管Q1可以是半导体三极管，晶体管Q1的控制端为基极，第一极为集电极，第二极为发射集。晶体管Q1的集电极连接电源电压，基极连接运算放大器U1的输出端，发射极连接运算放大器的反向输入端和负载电阻。晶体管Q1用作设计跟随器，由于运算放大器U1不能够承受过大的负载，电流驱动能力有限，因此晶体管Q1将一级放大单元210输出的信号用射极跟随的方式放大，进而可以提高电路的电流驱动能力。一级放大单元210与二级放大单元220的总的放大倍数与电阻R2、电阻R3和可变电阻P1构成的并联电阻之和负相关。因此，采用可变电阻P1可调节电路的放大倍数，进而输出需要的电流值。同时，本实施例提供的电压电流转换电路对可变电阻P1进行了优化，增加了可变电阻P1的阻尼，当应用于电路中时，可减少用户因误碰带来的风险，提高了电路的可靠性和稳定性，同时也提高了可变电阻P1的使用寿命。

在其中一个实施例中，平衡模块100包括第一平衡单元110和第二平衡单元120。其中，第一平衡单元110连接运算放大器U1的第一输入端也即反相输入端，第二平衡单元210连接运算放大器U1的第二输入端也即同相输入端。第一平衡单元110和第二平衡单元120用于在电路导通时使运算放大器的同相输入端和反相输入端的电压相同，以抑制零漂。

进一步的，请参见图4，第一平衡单元110包括电阻R4、电阻R5和电阻R6。输入端A1包括正极端子和负极端子，电阻R4的一端连接输入端A1的负极端子，另一端连接所述电阻R5的一端。电阻R5的另一端分别连接运算放大器的反相输入端和电阻R6的一端。电阻R6的另一端分别连接晶体管Q1的集电极、电阻R2的一端和可变电阻P1的第一端。

第二平衡单元120包括电阻R7、电阻R8和电阻R9。电阻R7的一端连接输入端A1的正极端子，另一端连接电阻R8的一端。电阻R8的另一端分别连接同相输入端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电阻R2的另一端和电阻R3的一端。

具体的，本实施例中，电阻R4的阻值与电阻R7的阻值相同，电阻R5的阻值与电阻R8的阻值相同，电阻R6的阻值与电阻R9的阻值相同，进而第一平衡单元110的阻值与第二平衡单元120的阻值相同，可以使得在电路处于导通状态时运算放大器U1的同相输入端和反相输入端电压相同，从而抑制零漂对电路的影响。同时，电阻R4与电阻R7、电阻R5与电阻R8、电阻R6与电阻R9需为同一时间同一批次生产的电阻，以防止温漂对阻值的影响。

保护模块400包括二极管D1、二极管D2和热敏电阻PTC。二极管D1的阴极分别连接热敏电阻PTC的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端和电阻R9的一端，二极管D1的阳极接地。热敏电阻PTC的另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接输出端A2。当然，保护模块400还可以包括限流电阻R10，限流电阻R10的一端连接电阻R2的一端、电阻R3的一端和电阻R9的一端，另一端连接热敏电阻PTC的一端。热敏电阻PTC用于过流保护，当输出电流过大时，热敏电阻PTC温度升高，进而阻值增大，达到极值时断开，以切断电压电流转换电路与后级电路的连接，防止大电流损坏后级电路。二极管D2用于反向击穿保护，防止后级电路故障影响电压电流转换电路。

滤波模块300包括电容C1、电阻R7和电阻R8。电容C1的一端分别连接所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端，所述电容C1的另一端接地，电容C1与电阻R7、电阻R8构成RC滤波电路，用于滤除输入信号中的噪声。

上述实施例提供的电压电流转换电路，采用了具有优化结构的元器件，进而可以提高电路的使用寿命，降低电路成本，可满足大批量的老化处理工作。同时，由于元器件结构的优化，性能也有所提高，因此也可提高电路的可靠性和稳定性。

基于图4所示电压电流转换电路的工作原理为：

输入信号从输入端A1的正极端子和负极端子输入，输入信号经过RC滤波电路滤波经过平衡电阻进入运算放大器U1。输入信号进运算放大器U1放大后T通过电阻R1施加至晶体管Q1的基极，由于晶体管Q1用于设计跟随器，故可将较小的第一电流放大，放大后的电流经过负载电阻R2、电阻R3和可变电阻P1后输出，放大后的电流即为第二电流。

当运算放大器U1处于稳定工作状态时，运算放大器U1的同相输入端的电压与反相输入端的电压相同，且电阻R4、电阻R5和电阻R6可看作串联连接，因此流过电阻R4、电阻R5和电阻R6的电流相同，本实施例中，可将电阻R4、电阻R5的阻值之和设置为与电阻R6的阻值相等，则电阻R4、电阻R5两端的压降与电阻R6两端的压降相同。假设输入端的正极端子接地，运算放大器U1的同相输入端电压为U+，Y点电压为UY，则-U+＝U+-UY，即UY＝2U+。在运算放大器U1的反向输入端，电阻R7、电阻R8和电阻R9也可看作串联连接，即流过电阻R7、电阻R8和电阻R9的电流相同，本实施例中，可将电阻R7、电阻R8的阻值之和设置为与电阻R9的阻值相等，则电阻R7、电阻R8两端的压降与电阻R9两端的压降相同。假设输入端的负极端子输入的电压为Ui，运算放大器U1的反相输入端电压为U-，X点电压为UX，则Ui-U-＝U--UX，则UX＝2U--Ui。由于同相输入端电压和反向输入端电压相同，故U-＝U+。因此，UX-UY＝-Ui。将电阻R2和电阻R3、可变电阻P1并联后的阻值设为R，可以得到第二电流也即输出电流为I＝(UX-UY)/R＝-Ui/R。由上述公式可以看出，在输入信号一定的情况下，输出电流与负载电阻有关。本实施例中，负载电阻包括可变电阻P1,通过调节可变电阻P1的阻值，可以调节输出电流的大小，进而通过合理设置R2、R3和可变电阻P1的阻值，可以输出4mA～20mA的工业标准电流。

上述实施例提供的电压电流转换电路，采用了运算放大器U1与晶体管Q1配合实现电压电流转换与电流放大，电路结构较为简单，通过采用可变电阻，实现可调的输出电流，控制方便。电路中的元器件采用了具有优化结构的元器件，进而可以提高电路的使用寿命，降低电路成本，可满足大批量的老化处理工作。同时，由于元器件结构的优化，性能也有所提高，因此也可提高电路的可靠性和稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。