随着电子技术和计算机技术的迅速进步，工业自动化得到了快速发展，而在工业控制领域，检测传感器件起着越来越重要的作用，各种先进的传感器正在大量应用。

　　但是很多传感器只提供４～２０ｍａ或者０～５ｖ的直流模拟信号输出，而我国煤矿使用的煤矿安全监测系统大部分只允许接入１～５ｍａ或者２００～１０００ｈｚ的模拟信号，所以在一般工业现场使用的传感器要实现在煤矿的应用，除了考虑防爆因素外，还必须进行输出模拟信号的转换。这种输出信号的转换如果购买专用的转换设备，不仅价格高，使用也不是很方便。实际上自己设计制作一些转换电路也可以方便的实现所需性能，下面就介绍两种实用的电压／电流、电压／频率转换电路的设计和原理。

　　１　电压／电流转换电路

　　电压／电流转换即ｖ／ｉ转换，是将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。ｖ／ｉ转换原理如图１。

　　由图１可见，电路主要元件为一运算放大器ｌｍ３２４和三极管ｂｇ９０１３及其他辅助元件构成，ｖ０为偏置电压，ｖｉｎ为输入电压即待转换电压，ｒ　为负载电阻。其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压输入信号与反相端电压ｖ－进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，ｂｇ９０１３的射级电流ｉｅ作用在电位器ｒｗ上，由运放性质可知：

　　ｖ－＝　ｉｅ·ｒｗ＝　（１＋　ｋ）ｉｂ·ｒｗ

　　（ｋ为ｂｇ９０１３的放大倍数）

　　流经负荷ｒ　的电流ｉｏ即ｂｇ９０１３的集电极电流等于ｋ·ｉｂ。令ｒ１＝ｒ２，则有

　　ｖ０＋ｖｍ＝　ｖ＋＝　ｖ－＝　（１＋ｋ）ｉｂ·ｒｗ＝　（１＋１／ｋ）ｉｏ·ｒｗ

　　其中ｋ》１，所以ｉｏ≈　（ｖｏ＋ｖｉｎ）／ｒｗ。

　　由上述分析可见，输出电流ｉｏ的大小在偏置电压和反馈电阻ｒｗ为定值时，与输入电压ｖｉｎ成正比，而与负载电阻ｒ　的大小无关，说明了电路良好的恒流性能。改变ｖ０的大小，可在ｖｉｎ＝０时改变ｉｏ的输出。在ｖ０一定时改变ｒｗ的大小，可以改变ｖｉｎ与ｉｏ的比例关系。由ｉｏ≈（ｖ０＋ｖｉ）／ｒｗ　关系式也可以看出，当确定了ｖｉｎ　和ｉｏ之间的比例关系后，即可方便地确定偏置电压ｖ０和反馈电阻ｒｗ。例如将０～５ｖ　电压转换成０～５ｍａ的电流信号，可令ｖ０＝０，ｒｗ＝１ｋω，其中ｖｏ＝０相当于将其直接接地。若将０～５ｖ电压信号转换成１～５ｍａ电流信号，则可确定ｖ０＝１．２５ｖ，ｒｗ＝１．２５ｋω。同样若将４～２０ｍａ　电流信号转换成１～５ｍａ电流信号，只需先将４～２０ｍａ转换成电压即可按上述关系确定ｖ０和ｒｗ的参数大小，其他转换可依次类推。

　　为了使输入输出获得良好的线性对应关系，要特别注意元器件的选择，如输入电阻ｒ１、ｒ２及反馈电阻ｒｗ，要选用低温漂的精密电阻或精密电位器，元件要经过精确测量后再焊接，并经过仔细调试以获得最佳的性能。我们在多次实际应用中测试，上述转换电路的最大非线性失真一般小于０．０３％　，转换精度符合要求。

　　２　电压／频率转换电路

　　电压／频率转换即ｖ／ｆ　转换，是将一定的输入电压信号按线性的比例关系转换成频率信号，当输入电压变化时，输出频率也响应变化。针对煤矿的特殊要求，我们只分析如何将电压转换成２００～１０００ｈｚ的频率信号。

　　实现ｖ／ｆ　转换有很多的集成芯片可以利用，其中ｌｍ３３１是一款性能价格比较高的芯片，由美国ｎｓ公司生产，是一种目前十分常用的电压／频率转换器，还可用作精密频率电压转换器、ａ／ｄ转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。由于ｌｍ３３１采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到４．０ｖ电源电压下都有极高的精度。ｌｍ３３１的动态范围宽，可达１００ｄｂ；线性度好，最大非线性失真小于０．０１％　，工作频率低到１ｈｚ时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达１２位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成ｖ／ｆ或ｆ／ｖ　等变换电路，并且容易保证转换精度。ｌｍ３３１可采用双电源或单电源供电，可工作在４．０～４０ｖ　之间，输出可高达４０ｖ，而且可以防止ｖｓ短路。图２是由ｌｍ３３１组成的典型的电压／频率变换器。

　　其输出频率与电路参数的关系为：

　　ｆｏｕｔ＝　ｖｉｎ·ｒｓ／（２．０９·ｒ１·ｒｔ·ｃｔ）

　　可见，在参数ｒｓ、ｒ１、ｒｔ、ｃｔ确定后，输出脉冲频率ｆｏｕｔ与输入电压ｖｉｎ成正比，从而实现了电压－频率的线性变换。改变式中ｒｓ的值，可调节电路