隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速進(jìn)步，工業(yè)自動化得到了快速發(fā)展，而在工業(yè)控制領(lǐng)域，檢測傳感器件起著越來越重要的作用，各種先進(jìn)的傳感器正在大量應(yīng)用。

　　但是很多傳感器只提供４～２０ｍａ或者０～５ｖ的直流模擬信號輸出，而我國煤礦使用的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)大部分只允許接入１～５ｍａ或者２００～１０００ｈｚ的模擬信號，所以在一般工業(yè)現(xiàn)場使用的傳感器要實現(xiàn)在煤礦的應(yīng)用，除了考慮防爆因素外，還必須進(jìn)行輸出模擬信號的轉(zhuǎn)換。這種輸出信號的轉(zhuǎn)換如果購買專用的轉(zhuǎn)換設(shè)備，不僅價格高，使用也不是很方便。實際上自己設(shè)計制作一些轉(zhuǎn)換電路也可以方便的實現(xiàn)所需性能，下面就介紹兩種實用的電壓／電流、電壓／頻率轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計和原理。

　　１　電壓／電流轉(zhuǎn)換電路

　　電壓／電流轉(zhuǎn)換即ｖ／ｉ轉(zhuǎn)換，是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成滿足一定關(guān)系的電流信號，轉(zhuǎn)換后的電流相當(dāng)一個輸出可調(diào)的恒流源，其輸出電流應(yīng)能夠保持穩(wěn)定而不會隨負(fù)載的變化而變化。ｖ／ｉ轉(zhuǎn)換原理如圖１。

　　由圖１可見，電路主要元件為一運(yùn)算放大器ｌｍ３２４和三極管ｂｇ９０１３及其他輔助元件構(gòu)成，ｖ０為偏置電壓，ｖｉｎ為輸入電壓即待轉(zhuǎn)換電壓，ｒ　為負(fù)載電阻。其中運(yùn)算放大器起比較器作用，將正相端電壓輸入信號與反相端電壓ｖ－進(jìn)行比較，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后再經(jīng)三極管放大，ｂｇ９０１３的射級電流ｉｅ作用在電位器ｒｗ上，由運(yùn)放性質(zhì)可知：

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　　流經(jīng)負(fù)荷ｒ　的電流ｉｏ即ｂｇ９０１３的集電極電流等于ｋ·ｉｂ。令ｒ１＝ｒ２，則有

　　ｖ０＋ｖｍ＝�。觯健。觯健。ǎ保耄椋狻ぃ颍鳎健。ǎ保保耄椋铩ぃ颍�

　　其中ｋ》１，所以ｉｏ≈�。ǎ觯铮觯椋睿颍鳌�

　　由上述分析可見，輸出電流ｉｏ的大小在偏置電壓和反饋電阻ｒｗ為定值時，與輸入電壓ｖｉｎ成正比，而與負(fù)載電阻ｒ　的大小無關(guān)，說明了電路良好的恒流性能。改變ｖ０的大小，可在ｖｉｎ＝０時改變ｉｏ的輸出。在ｖ０一定時改變ｒｗ的大小，可以改變ｖｉｎ與ｉｏ的比例關(guān)系。由ｉｏ≈（ｖ０＋ｖｉ）／ｒｗ　關(guān)系式也可以看出，當(dāng)確定了ｖｉｎ　和ｉｏ之間的比例關(guān)系后，即可方便地確定偏置電壓ｖ０和反饋電阻ｒｗ。例如將０～５ｖ　電壓轉(zhuǎn)換成０～５ｍａ的電流信號，可令ｖ０＝０，ｒｗ＝１ｋω，其中ｖｏ＝０相當(dāng)于將其直接接地。若將０～５ｖ電壓信號轉(zhuǎn)換成１～５ｍａ電流信號，則可確定ｖ０＝１．２５ｖ，ｒｗ＝１．２５ｋω。同樣若將４～２０ｍａ　電流信號轉(zhuǎn)換成１～５ｍａ電流信號，只需先將４～２０ｍａ轉(zhuǎn)換成電壓即可按上述關(guān)系確定ｖ０和ｒｗ的參數(shù)大小，其他轉(zhuǎn)換可依次類推。

　　為了使輸入輸出獲得良好的線性對應(yīng)關(guān)系，要特別注意元器件的選擇，如輸入電阻ｒ１、ｒ２及反饋電阻ｒｗ，要選用低溫漂的精密電阻或精密電位器，元件要經(jīng)過精確測量后再焊接，并經(jīng)過仔細(xì)調(diào)試以獲得最佳的性能。我們在多次實際應(yīng)用中測試，上述轉(zhuǎn)換電路的最大非線性失真一般小于０．０３％　，轉(zhuǎn)換精度符合要求。

　�。病‰妷海l率轉(zhuǎn)換電路

　　電壓／頻率轉(zhuǎn)換即ｖ／ｆ　轉(zhuǎn)換，是將一定的輸入電壓信號按線性的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成頻率信號，當(dāng)輸入電壓變化時，輸出頻率也響應(yīng)變化。針對煤礦的特殊要求，我們只分析如何將電壓轉(zhuǎn)換成２００～１０００ｈｚ的頻率信號。

　　實現(xiàn)ｖ／ｆ　轉(zhuǎn)換有很多的集成芯片可以利用，其中ｌｍ３３１是一款性能價格比較高的芯片，由美國ｎｓ公司生產(chǎn)，是一種目前十分常用的電壓／頻率轉(zhuǎn)換器，還可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、ａ／ｄ轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。由于ｌｍ３３１采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到４．０ｖ電源電壓下都有極高的精度。ｌｍ３３１的動態(tài)范圍寬，可達(dá)１００ｄｂ；線性度好，最大非線性失真小于０．０１％　，工作頻率低到１ｈｚ時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)１２位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成ｖ／ｆ或ｆ／ｖ　等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。ｌｍ３３１可采用雙電源或單電源供電，可工作在４．０～４０ｖ　之間，輸出可高達(dá)４０ｖ，而且可以防止ｖｓ短路。圖２是由ｌｍ３３１組成的典型的電壓／頻率變換器。

　　其輸出頻率與電路參數(shù)的關(guān)系為：

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　　可見，在參數(shù)ｒｓ、ｒ１、ｒｔ、ｃｔ確定后，輸出脈沖頻率ｆｏｕｔ與輸入電壓ｖｉｎ成正比，從而實現(xiàn)了電壓－頻率的線性變換。改變式中ｒｓ的值，可調(diào)節(jié)電路