简单的电压到电流和电流到电压技术-由James H. Reinholm

电压到电流和电流到电压的转换电路有很多种，其中大多数都使用opamp和晶体管的组合来实现高水平的精度。但当不需要高精度时，这种类型的简单转换器只需使用一个或两个电阻。

作为电压电流转换器的电阻

任何连接电源V的电阻R都可以被认为是电压到电流转换器，因为电流取决于欧姆定律的电压-公式为I = V / R。

如果电阻的一端断开连接,另一个组件D是连接断开电源终端和电阻R和D是串联在电源、电路仍然像一个电压电流转换器如果组件的电压降D很小或相对稳定。

这个组件可以是一个二极管，LED，或齐纳二极管，甚至是一个低值电阻。下图显示了这些可能的组合。电阻器R也可以看作是附加元件D的限流电阻器。

流过D的电流由一个简单的公式决定:I = (V - VD) / R，其中VD是通过添加组件的电压降。

对于恒定的VD和R，电流只依赖于v。对于正向偏置二极管，VD约为0.3 - 0.35伏特，对于硅二极管0.6 - 0.7伏特，并且在很宽的电流范围内保持相对恒定。发光二极管与二极管相似，不同之处在于它们是由能发光的特殊材料制成的。

led如何与电阻一起工作

它们的正向偏置电压略高于普通二极管，根据颜色的不同，其正向偏置电压可能在1.4伏特到3伏特之间。LED在10ma到40ma的工作效率高，并且在LED的一个端子上几乎总是连接一个限流电阻，以防止任何由于大电流造成的损坏。

在不同的电流水平下，二极管和led的压降有微小的变化，但这些变化在计算中通常可以忽略。齐纳二极管的不同之处在于它们连接反向偏置。

这在稳压二极管上设置了一个固定的电压降VD，根据类型的不同，该VD可以从2V到300V左右。为了使这些器件工作，电源电压必须高于电压降VD。

电阻器的任何值都可以工作，只要它的值足够低，以允许足够的电流流过，同时又足够高，以防止过多的电流流过。通常在这个串联电路的某个地方插入一个开关元件，用来打开或关闭LED，等等。这可以是晶体管、场效应晶体管或运放的输出级。

手电筒中的LED和电阻

LED手电筒主要由电池、开关、LED和限流电阻串联而成。有时，限流电路由两个电阻串联在一个电源上，而不是一个电阻和二极管类型的器件。

第二个电阻RD的值比限流电阻R小得多，通常被称为“分流”或“感应”电阻。

电路仍然可以被认为是一个电压对电流的转换器，因为上面的公式现在可以简化为I = V / R，因为VD与V相比微不足道。

电流现在只依赖于电压，因为R是恒定的。这种电路经常可以在各种传感器电路中找到，如温度和压力传感器，其中有一个确定的电流流过一个小电阻的器件。

当传感器电阻在不同条件下发生变化时，通过该装置的电压通常被放大以测量任何变化。如果有足够的灵敏度，这个电压甚至可以用万用表读出。

如果将公式I = V / R翻转成电压函数V = I R，那么简单的双电阻串联电路也可以看作是电流电压转换器。

限流电阻器的值仍然比传感电阻器高得多，并且传感电阻器足够小，不会以任何有意义的方式影响电路的工作。

使用电流感应电阻

电流被转换成电压的事实是，通过检测电阻的小电压VD可以被万用表检测，或者它可以被放大并作为一个信号应用到A/D转换器。

该测量电压用欧姆定律公式V = I r表示电流。例如，如果0.001 A流过1欧姆，电压读数为0.001 V。

对于1欧姆的电阻，转换很简单，但如果这个值太高，可以使用另一个值，如0.01欧姆，使用V = I R可以很容易地找到电压。

在这个讨论中，传感电阻的实际值并不重要。它可以从0.1欧姆到10欧姆的任何地方，只要限流电阻高得多。在大电流应用中，为了防止过度的功率损耗，传感电阻的值应该很低。

即使是0.001欧姆左右的值，由于大电流的存在，也可以通过它感应到一个合理的电压。在这种情况下，传感电阻通常称为“分流”电阻。

例如，这种电路通常用于测量直流电机的电流。用万用表测量电子电路中任何一点的交流或直流电压是一件很简单的事情，例如在PC主板上。在万用表上设置合适的电压刻度，黑色探针接地点，红色探针接检查点。

然后直接读取电压。希望探针输入电路的阻抗足够高，它不会以任何方式影响电路的工作。探针输入阻抗应该具有非常高的串联电阻和非常低的并联电容。

复杂电路中电流电压的测量

测量电路中任何一点的交流或直流电流而不是电压变得有点棘手，电路可能需要修改一点来适应这一点。可以在需要测量电流的点切断电路的接线，然后在两个接触点上插入一个低值的感应电阻。

同样，这个电阻器的值应该足够低，不影响电路的运行。万用表探头可以用适当的电压刻度连接到这个感应电阻上，然后显示出电阻的电压。

这可以通过除以检测电阻值转换成流过测试点的电流，如公式I = V / R。

在某些情况下，如果需要经常测量某一特定测试点的电流，传感电阻器可以永久地保持在电路中。

使用DMM检查电流

用万用表直接测量电流可能要容易得多，而不必使用感应电阻。因此，在要测量的点切断导线后，可以省去感应电阻，而万用表的引线直接连接到两个接触点上。

如果设置了适当的交流或直流电流刻度，万用表上就会显示电流流量指示。在连接任何探头之前，在万用表上设置正确的电压或电流刻度总是很重要的，否则会有读数为零的风险。

当万用表上设置电流刻度时，输入探头的输入阻抗变得非常小，类似于检测电阻。

万用表的探头输入可以看作是感应电阻或“分流”电阻，因此可以用万用表本身来代替上图中的RD电阻。希望万用表的输入阻抗足够低，不会以任何方式影响电路的运行。

本文中讨论的简单的电流-电压和电压-电流转换技术并不像那些基于晶体管或放大器的技术那样精确，但对于许多应用来说，它们都可以很好地工作。也可以使用上面所示的串联电路进行其他类型的简单转换。

例如，一个方波输入可以转换成锯齿波形(积分器)，方法是用一个电容替换D分量。

唯一的限制是，相对于方波信号的周期，时间常数RC应该很大。