简单的电压-电流和电流-电压技术- James H. Reinholm

有许多类型的电压-电流和电流-电压转换电路，其中大多数使用放大器和晶体管的组合，以达到高水平的精度。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即可制成。

电阻器作为电压到电流转换器

任何连接在电源V上的电阻R都可以被认为是电压-电流转换器，因为通过欧姆定律，电流取决于电压——其公式是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R也可以看作是附加组件D的限流电阻。

流过D的电流由简单的公式决定:I = (V - VD) / R，其中VD是通过增加的分量的电压降。

对于恒定的VD和R，电流只依赖于v。对于正向偏置二极管，锗二极管的VD约为0.3 - 0.35伏，硅二极管的VD约为0.6 - 0.7伏，并且在很宽的电流范围内是相对恒定的。led与二极管相似，不同之处在于它们是用特殊的发光材料制成的。

led如何与电阻一起工作

它们的正向偏置电压比普通二极管略高，根据颜色的不同，可能在1.4伏到3伏之间。LED在大约10 mA到40 mA时有效工作，并且一个限流电阻几乎总是连接到一个LED端子，以防止任何由于高电流造成的损坏。

在不同的电流水平下，二极管和led的电压降会有轻微的变化，但这些在计算中通常可以忽略。齐纳二极管的不同之处在于它们是用反向偏置连接的。

这设置了一个固定的压降VD横跨齐纳二极管，可以从任何地方从2V到大约300V，取决于类型。为了使任何这些设备工作，电源电压必须高于压降VD。

电阻器的任何值都可以工作，只要它的值足够低，以允许有足够的电流流过，同时又足够高，以防止多余的电流流过。通常在这个串联电路的某个地方插入一个开关元件，它可以打开或关闭LED，等等。这可能是一个晶体管，场效应晶体管，或opamp的输出级。

手电筒中的LED和电阻

LED手电筒基本上由电池、开关、LED和限流电阻串联而成。有时，限流电路由两个串联在电源上的电阻组成，而不是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“感知”电阻。

电路仍然可以被认为是一个电压到电流的转换器，因为上面的公式现在可以被简化为I = V / R，因为VD与V相比可以忽略不计。

电流现在只取决于电压，因为R是常数。这种电路通常可以在各种传感器电路中找到，例如温度和压力传感器，在这些电路中，在一个具有小电阻的设备中流过确定数量的电流。

通过这个装置的电压通常被放大，以测量传感器电阻在不同条件下的变化。如果万用表有足够的灵敏度，它甚至可以读出这个电压。

如果把公式I = V / R转换成电压函数V = I R，那么这个简单的双电阻串联电路也可以看作是电流-电压转换器。

限流电阻的值仍然比感应电阻高得多，而且这个感应电阻很小，不会影响电路的任何有意义的运行。

使用电流感应电阻

通过万用表可以检测到通过检测电阻的小电压VD，或者将其放大并作为信号应用到A/D转换器，电流就转换为电压。

这个测量的电压表明了电流与欧姆定律公式V = I r。例如，如果0.001 A流过1欧姆，电压读数为0.001 V。

对于一个1欧姆的电阻，转换是简单的，但是如果这个值太高，另一个值-如0.01欧姆-可以使用，并且电压可以很容易地用V = I R找到。

检测电阻的实际值在这个讨论中并不重要。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，感应电阻的值应该很低，以防止过多的功率损耗。

即使是0.001欧姆左右的值，也可以通过它感应到一个合理的电压，因为它有很大的电流流。在这种情况下，感应电阻器通常称为“分流”电阻器。

例如，这种电路通常用于测量通过直流电机的电流。使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简单的事情，例如在PC主板上。万用表上设置合适的电压刻度，黑色探头接接接地点，红色探头接检查点。

然后直接读取电压。但愿探针输入电路的阻抗足够高，不会以任何方式影响电路的运行。探头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。

在复杂电路中测量电流电压

测量电路中任何一点的交流或直流电而不是电压变得有点棘手，电路可能需要修改一点以适应这种情况。可以在需要测量电流的地方切断电路线路，然后在两个接触点插入一个值较低的感应电阻。

同样，这个电阻的值应该足够低，不会影响电路的运行。然后，万用表探头可以使用适当的电压刻度连接到这个感应电阻上，电阻的电压就会显示出来。

这可以通过除以感应电阻值转换为通过测试点的电流，如公式I = V / R所示。

在某些情况下，如果需要频繁地测量某一特定测试点的电流，则可以将检测电阻永久地保存在电路中。

使用DMM检测电流

直接用万用表来测量电流可能要容易得多，而不必使用检测电阻器。因此，在被测点切断电线后，可以把感应电阻去掉，万用表的引线直接接在两个接触点上。

如果设置了适当的交流或直流电流刻度，万用表上会显示电流指示。在连接任何探测器之前，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，输入探针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，因此万用表本身可以代替上述图中的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-电流转换技术不像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，一个方波输入可以被转换成锯齿波形(积分器)，用一个电容代替D分量。

唯一的限制是时间常数RC相对于方波信号的周期应该很大。