電流電壓轉換器

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電子學電流電壓轉換器英语Current-to-voltage converter;又稱為轉阻放大器英语transimpedance amplifier,簡稱TIA) 是將電流轉換為電壓的放大器。理想情況下,其輸入阻抗為零,與輸入 信號電流。它的輸出可能有低阻抗,或在高頻率的應用,可驅動傳輸線匹配;輸出信號的電壓測量。

因為輸出電壓和輸入電流、增益,或輸出到輸入的比率,以歐姆為單位表示。

圖一 運算放大器的反相放大器配置成為轉阻放大器時,Rin是0歐姆

當構建一個簡單的運算放大器電路(右),增益等於負反饋電阻。


轉阻放大器通常用在光纖通信,功能在將光電流轉換為電壓信號。

應用[编辑]

常用的阻放大器在光通信接收器。由一個光電探測器所產生的電流產生的電壓,但在非線性的方式。因此放大器具有低輸入阻抗,以防止任何大的電壓,並產生50歐姆信號(許多人認為,低阻抗)來驅動同軸電纜或電壓信號進一步放大。但要注意,最線性放大是由雙極晶體管的電流放大,所以你可能要放大的阻抗轉換前。

原本的概念基礎[编辑]

非電氣領域: 流量產生壓力[编辑]

在實體方面,有許多情況下壓力量誘導通過一個障礙的一種物質流。然而,也有相應的情況下,數量的流動誘導的障礙壓力 :機械(如果試圖停止與他的身體,“流動的”汽車施加壓力,他的障礙 移動車),氣動(捏在中間的軟管,你會看到一個壓在夾點出現)。

在這種安排下,流量,壓力,和屬性類似的障礙是相互關聯的的。通常情況下,可變輸出的壓力成正比;這種方式,創建流的數量(轉換為輸入流,像之一)壓力。

誘發的壓力,一個障礙,必須在一個流動的數量方式。

電氣域:電壓電流的原因[编辑]

圖2。被動的電流 - 電壓的轉換器的基礎上電流會導致電壓的現象。

建立電路。 同樣,在電器的領域,如果通過電阻R(圖2)流動的電流I,後者阻礙(抵抗)目前,作為一個結果,成比例的VR = RI電阻兩端 根據當前出現原因電壓 制定歐姆定律 (V = RI)。在這種電流供應電路 ,VR的行為作為一個輸出電壓V OUT(電壓降VR的創建不是由電阻,它是由內輸入電流源的激勵電壓源創建) 。這樣,電流IIN轉化為成比例電壓V OUT;電阻R作為一個電流電壓轉換器 -線性電路的傳輸率K = V OUT /IIN [V /mA]單位阻力。

電路的操作。 圖2代表以圖形方式通過使用一個電流迴路和電壓柵,電路的工作。電流環的厚度成正比,電流的幅度和相應的電壓是成正比的電壓柵的高度( 可以參考這裡的交互式動畫)。

圖3是用圖像所顯示的電路解釋(歐姆定律)。由於通過電流和兩端的兩個組成部分的電壓(電流源和電阻)是相同的,他們的IV曲線疊加在一個共同的坐標系。兩條線的交叉點, 工作點A,它代表了目前電流I 電壓V一個程度。當輸入電流源的電流I的變化,其IV曲線垂直移動(也可看到一個交互式動畫)。因此,工作點通過電阻 R的IV曲線的一個幻燈片;其斜率轉換器的比例。

圖 3.一個電路的操作graphoanalytical介紹
圖4.在電阻 R的電壓分佈

圖4顯示了歐姆定律的另一個有吸引力的圖形解釋 - 電壓圖(沿內部線性電阻器的電阻膜的低壓配電)。當輸入電流的變化,沿著電阻膜當地電壓不同下降逐漸由左到右(見另一種交互式動畫 )。在這種安排下,角度α代表輸入IIN-

無源版本的應用程序[编辑]

電流到電壓轉換器作為輸出設備[编辑]

圖5.電流控制電壓源

電流控制電壓源。 雖然有足夠的恆定電壓源 S的性質(主要和次要的電池),如果一個電流源可用,但需要有一個電壓源,它可以建成。為此,一個電流電壓轉換器後電流源連接,根據下面的公式建設:

電壓源=電流源+電流對電壓轉換器

這種思想的最簡單的實現如圖5,並行連接一個電阻R,IIN(諾頓定理)。

如果負載是理想的(也就是說,它具有無限的阻力),VOUT = R.IIN將會產生恆定電壓。如果輸入電流源是不完善的,這個電壓將影響到電流(見下面有關被動版本不完善的部分) 。


圖6.V到- V RC微分= V型,I C的區別 +我到- V轉換器

複合被動轉換器 :同樣, 在微分電容, 電感集成,反對數轉換器等流行的無源電路,電阻作為電流-電壓轉換器的行為:

V到- V的CR微分= V型,I C的區別 +I- V轉換器

V到- V的LR積分 = V到I L積分 + I至V轉換器

DR反對數轉換器的V -至V = V - I D反對數轉換器+ I -到- V

例如,一個典型的電容電阻的區別是建立在圖6,使用簡單的電壓,電流的電容的區別(裸電容)和電流 - 電壓轉換器。

在這些電路中,電阻R作為一個電流電壓轉換器引入一些電壓下降,從而影響激勵電壓V V R的。因此,當前的跌幅,會出現一個錯誤(見約被動版本不完善的部分) 。


(圖7)。集電極電阻 RC作為一個電流電壓轉換器

電晶體的集電極電阻 。電晶體是電流控制裝置。因此,要獲得其輸出電壓,集電極電阻連接在輸出電路的晶體管級(圖 7)。這種技術的例子是共射,共基差分放大器,電晶體開關等。

電晶體電壓輸出=電晶體電流輸出+電流對電壓轉換

電晶體的集電極電阻作為一個電流電壓轉換器。

由於電壓降VRC是浮動的,通常的互補性(電源)電壓降VCE是用作輸出。因此,這些晶體管電路反相(當輸入電壓升高時,輸出電壓下降和VV)

類似的技術用於獲取晶體管的發射極電壓(見下面一節有關負反饋電流源 )。這種技術的例子是使用串聯負反饋的晶體管電路。

電晶體的射極電阻作為一個電流電壓轉換器。


電流到電壓轉換器作為輸入設備[编辑]

圖8,複合電流表 = I -至V轉換器+電壓表

複合電流表。 今天的測量儀器(DVM,模擬 - 數字轉換器等),主要是電壓表。如果有需要測量的電流,一個簡單的電流 - 電壓轉換器(分流電阻)是連接之前,電壓表(圖 8)。這電流表組成的裝置兩部分組成:

複合式電錶=電流電壓轉換器+電壓表

分流電阻在電錶中是用來用來作為電流對電壓轉換用。

雖然目前的版本是以理想電流測量解決方案,而一般的萬用電表則是使用被動方式去量測較大的電流( 見下面關於電源的考慮部分)。


I至V轉換為負反饋的V型,電流轉換器的一部分[编辑]

負反饋系統具有獨特的屬性,以扭轉在反饋迴路中連接的電子轉換器的因果關係。例子:一個運算放大器的非反相放大器實際上是一種顛倒 ​​的分壓器, 運算放大器集成是一個顛倒的差異化和VV,運算放大器的對數轉換器是一個顛倒antilogarithmic的轉換器和VV等

圖9 一個晶體管的電流源使用一個電流電壓轉換器
圖 10 運算放大器使用一個電流電壓轉換器的電流源


同樣,運算放大器的電壓電流轉換器(電壓控制恆流源)通過使用一個負反饋內置實際上是一個反向電流-電壓轉換器。這個強大的思想是實施圖9(電流源晶體管版)和圖10(電流源的運算放大器版)是在負反饋迴路連接一個電流電壓轉換器(裸電阻 R)。壓降V R成正比的負載電流I是與輸入電壓V Z相比。為此,兩個電壓串聯和它們的區別DV = V Z - V R的應用調節元素的輸入部分(晶體管T的基極-發射極結或運放的差分輸入OA)因此,調節元素建立電流I = V R / R≈V Z / R通過改變其輸出電阻,使零電壓差DV。這樣,輸出電流輸入電壓成正比;作為電壓 - 電流轉換器的整個電路的行為。

非理想無源版本[编辑]

File:Passive i-to-v 1000.jpg
(圖11 當輸入電流源是不完善的,電阻 R的影響電流 Iin

被動的電流 - 電壓轉換器(所有的無源電路)是不完善的原因有兩個:

電阻R 的壓降VR的影響電流IIN,電阻R消耗能量從輸入源(圖11)。有個矛盾存在在這個電路中,從一個側面壓降VR的是有用,因為它作為一個輸出電壓,從另一個側面,這個壓降是有害的,因為它能有效地改變當前的實際創造的電壓VRi。在這種安排下,電壓差是由VIN-VR的決定,而不是目前的電壓VIN(電阻Ri實際行為反向的電壓對電流轉換器)。這樣的結果,造成電流的損耗。

負載電阻。 此外,如果負載具有一定的有限性(而不是無限的阻力),將目前我的一部分,通過它轉移。因此,無論是電流I和電壓V OUT減少。問題是,從被動電路負載消耗的能源( [1] ]) 。


改進: 有功電流電壓轉換器[编辑]

背後的活動版本的基本思路[编辑]

非電域: 卸下相當於“抗干擾”的 干擾,[编辑]

積極的電流電壓轉換器的版本是基於一個知名的技術,從人類的常規,在這裡我們補償相當於“反 數量”自己造成的不良影響。實施這個想法是使用一個額外的電源 ,“幫助”的主要來源,由本地 內部不受歡迎的數量(反過來說,在對面的積極的電壓-電流轉換器造成的損失作出賠償,額外的電源補償損失數量由外部 引起的) 。例如:如果我們已經打破了我們的窗口,在冬天我們打開加熱器的熱損失補償; VV,在夏天,我們在開啟空調。更多的例子:如果我們的汽車與其他汽車碰撞來,保險公司補償其他汽車造成的損害。如果我們給他人造成麻煩,我們深表歉意。如果我們花的錢從一個帳戶,存入資金。(更多的例子, 請參閱虛接地。)在所有這些情況,我們準備了“備用”的資源來使用,如果有需要,以彌補內部損失。

電氣域: 卸下電壓相當於“反電壓”[编辑]

File:Active i-to-v 1000.jpg
圖 12. 有源電流電壓轉換器。

電氣實施。 首先,要展示如何應用這個強大的基本思路是,以改善被動的電流-電壓轉換器,用於等效電路(圖12 )。在這種主動電流-電壓轉換器 ,電壓降VR透過內部 電阻R補償添加同樣的電壓VH=VR到輸入電壓VIN[2]。為此,下列額外的電壓源BH是與電阻串聯連接。它的“幫助”輸入電壓源,因此,不需要的電壓VR和電阻R消失(A點變成一個虛擬的地面) 。

主動的I-V轉換器=無源 I至V轉換器 +“幫助”電壓源

從哪裡得到輸出? 補償量的大小是經常被用來衡量 間接的初始數量(使用規模的一個例子-稱重)。這個想法是應用在主動電流對電壓轉換器的電路連接的負載補償電壓源BH,而不是電阻。這樣的安排有兩個好處:第一,連接負載的共同點;第二,它消耗的能量從額外來源,而不是從輸入源。因此,它可能具有較小的阻抗。


運算放大器實現[编辑]

File:Classic 300.jpg
圖13運算放大器的電流 - 電壓轉換器

上面的基本思路是實施在運算放大器的電流-電壓轉換器(圖13,14 )[3] 。在這個電路中,運算放大器的輸出與輸入電壓源串聯,運算放大器的反相輸入連接因此A點,運算放大器的輸出電壓和輸入電壓的總和。

從其他角度來看,從圖可以看得出來,運算放大器的輸出與補償電壓源BH和電阻R串聯連接。因此,運算放大器的輸出電壓和電壓降VR相減,這個減法,是A點的背後所代表的結果(它作為一個虛擬的地面行為)。

運算放大器I-V轉換器=被動的I-V轉換器 +“幫助”運算放大器


運算放大器電路的操作[编辑]

圖 14 運算放大器的電流 - 電壓轉換器(+ VIN)

零輸入電源 ,在沒有電壓下降或電流在輸入電壓的結果(點擊探索[4] )。

正輸入電壓。 如果輸入電壓VIN增加的電壓高出地面,輸入電流IIN 開始流經電阻R。因此, 壓降VR的電阻兩端的出現,A點開始提高其潛在的(輸入源“拉“A點向上朝正電壓V IN)。只有運算放大器“觀察”,並立即作出反應:降低其輸出電壓下的吸吮當前地面。打個比方,運算放大器的“拉”點向負電壓- V,直到它管理為零,其潛在的(建立一個虛擬的地面) 。它通過連接一個負電源系列電源- V的輸入電壓V IN,產生的電壓的一部分,這項工作。兩個電壓源串聯,在同一方向(順時針遍歷循環,種種跡象都- V IN + - V OA +),使他們的電壓增加。然而,就在地上,他們有相反的極性。

圖15 運算放大器的電流 - 電壓轉換器(VIN








負輸入電壓。 如果輸入電壓VIN降低到比參考點還要低的電壓V,通過輸入電流流在相反方向的電阻R(圖15)。因此,電阻兩端的壓降VR的出現再次A點開始下降的潛力(現在,輸入源“拉”對負電壓-VIN A點向下)。運算放大器的“觀察”,並立即作出反應:它增加了它的輸出電壓高於地面“推”目前。現在,運算放大器的“拉”的地步朝正電壓+V一個,直到它管理再次為零勢VA(虛擬地) 。為此,運算放大器使部分正電源+V與輸入電壓V IN-產生的電壓。這兩個電壓源再次連接,在同一方向,(順時針遍歷循環,+VIN-,+ VOA-),使他們的電壓增加。然而,就在地上,他們有上述的極性相反。


結論 在運算放大器的電流 - 電壓轉換器電路,運算放大器將盡可能多的電壓輸入源電壓,電阻兩端的失去。 運算放大器補償這個內部電阻 造成當地損失(相反,在相反的運算放大器的電壓-電流轉換器,運算放大器的補償由 外部負載造成的損失)。

I-V的轉換器與跨阻放大器[编辑]

有功電流電壓轉換器是一個電流輸入和輸出電壓的放大器。該放大器的增益由電阻R(K =VOUT / IIN= R)代表,它以歐姆為單位表示。這就是為什麼這條線路被命名為轉換放大器轉阻放大器 [5]。這兩個詞是用於指定電路的考慮。

參見[编辑]

參考資料[编辑]

外部連結[编辑]