電壓-電流轉換(一):4-20mA電流環

fyxs發表於2021-12-23

  在儀表電路中,直流訊號通常用作物理測量值的模擬表示,例如溫度、壓力、流量、重量和運動。最常見的是,直流電流訊號優先於直流電壓訊號使用,因為在從電源(測量裝置)到負載(指示器、記錄儀或控制器)的整個串聯電路迴路中,電流訊號的大小完全相等,而由於電阻線損耗,並聯電路中的電壓訊號可能從一端到另一端變化。此外,電流感測器通常具有低阻抗(而電壓感測器具有高阻抗),這使電流感測器具有更強的抗電噪聲能力。

  參考電路:

  1、恆流源電路

  Vin為感測器或者放大器輸出的1-5V訊號,運算放大器負端將施加1-5V電壓,250Ω電阻上將施加1-5V電壓,在RL迴路上產生4-20mA電流,因此只需要運算放大器有使得RL能夠輸出20mA電流的電壓,RL的阻值和導線的線阻都不會對輸出電流造成影響。

  1.1、單運放的1-5V轉4-20mA電路

 

  由於運算放大器不能輸出過大的電流,因此本電路增加了M1擴流。

  1.2、兩級運放組成的1-5V轉4-20mA電路

  由上面的電路可以發現,負載在MOS管的源極高階上,因此負載電阻與前級的電路不共地,因此加一級電流轉換,第二級運算放大器同相輸入端電壓 (M1源極電壓)R_1\frac{VIN}{RS} ,第二級電流轉換電路的電流由R2產生電流為R_1\frac{VIN}{RS}/R_2 ,負載為RL,使得負載與前級電路共地。

當 R_1=RS,R_2=250\mathrm{\Omega} 時,通過RL的電流為4-20mA。

  應用電路:

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