4-20mA输出电路讲解

4-20mA输出电路 一、4-20mA电流环工作原理 在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题1.由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰； 2.传输线的分布电阻会产生电压降； 3.在现场如何供应仪表放大器的工作电压也是个问题。 为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。 对4－20mA电路的输出要求 1）输出电流与输入电压成正比； 2）输出电流为恒流源。即当负载电阻在规定范围内变更时，输出电流保持不变； 3）输出电流对电源变更、环境温度等的变更不敏感。 一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。 二、4-20mA电路 1. 7362405593 由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他协助元件构成，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V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- IeRw 1 kIbRw 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kIb。令R1R2， 则有V V- V0Vm 1kIbRw 11/kIoRw，其中k1 所以Io≈ VoVin/Rw 其中Io 为输出到负载的电流 Vo 为偏置电压 Vin为输入电压即待转换电压 Rw为反馈电阻即三极管射极电流Ie流经的电位器或电阻 由上述分析可见，输出电流Io的大小与输入电压Vin成正比偏置电压和反馈电阻Rw为定值时，而与负载电阻R的大小无关，说明电路良好的恒流性能。在变更Vo的大小，可在Vin0时变更Io的输出。在Vo肯定时变更Rw的大小，可以变更Vin与Io的比例关系。 由Io≈V0Vi/Rw 关系式可知，当确定了Vin 和Io之间的比例关系后，即可便利地确定偏置电压V0和反馈电阻Rw。 例 1将0～5V 电压转换成0～5mA的电流信号，可令V00，Rw1kΩ，其中Vo0相当于将其干脆接地。 2将0～5V电压信号转换成1～5mA电流信号，则可确定V01.25V，Rw1.25kΩ。 3将4～20mA 电流信号转换成1～5mA电流信号，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，要特殊留意元器件的选择，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，并经过细致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. 一种典型的V/I变换器要求将05V输入电压线性地转换为020mA电流源输出，基本精度在0.2以内；当负载在0300Ω变更时，输出电流变更应在规定精度之内。满意此要求的最简洁电路如下图 R6为外接负载，在满意R2/R1R3/R4W1以及R6远小于R3的状况下，流过R6的输出电流为Vin*R2/R1*R5与R6的变更无关