0~10V转换为4~20mA电路分析

0 10V 转换为 4 20mA 电路分析 信老师 您好 我是机械电子专业的学生 正在做 电流转换电路 的设计 0 10V 转换为 4 20mA 我遇到了很大的问题 就是不会推导输入电压和输 出电流的关系式 我附上了题目和相关的图 您能就以下两个思考 题帮我分析一下么 然后给我回复 我在中华工控网也给您回帖了 万分感谢 有机会来北京我请您吃饭 呵呵 附题 简要说明 为提高抗干扰能力 模拟信号经常采用 4 20mA 电流信号进行远 距离传输 本电路的功能是将 0 10V 的输入电压信号 ui 转换成 4 20mA 的电流信号 Io 供长距离传输用 思考题 1 电路中电位器 W1 W2 和 W3 的作用各是什么 怎样相互配合 调整才能使输出范围为 4 20mA 2 图中第 2 级放大器的增益应如何计算 难点 回答 1 首先说明 按照你提供的参数是不能正常工作的 2 N1 在输入 10V 时会反相饱和导通 原因是你在 抄袭电路时 将 R2 W1 的阻值搞错了 3 第 1 级 N1 是反相衰减是放大器 应该将输入的 0 10V 电压信号变成负 0 1 6V 的信号 增益 A RF Rf Ui RF R2 W1 1 5K 200 Rf R1 10K 此时 A 1 6 10 Ui 0 16 0 10V 0 1 6 4 第 2 级 N2 是反相加法器 在接受前级输入的 0 1 6V 同时与零 点基准电压 W2 取来的 4V 电压相加后 再与反馈电压 VR11 0 4 2V 比较取得平衡 从而达到稳定输出电流的目的 加法器电路是一个典型的反相加法放大器 输出电压 Eo 可以有以下 公式表示 Eo Vi1 RF Rf1 Vi2 RF Rf2 式中 Eo 输出电压 Vi1 前级来的信号电压 0 1 6V Vi2 系统零点基准调节电压 4V RF 加法器反馈电阻 10K 600 Rf1 前级信号输入电阻 10K Rf2 基准调节电压信号的输入电阻 100K 由于后一级电路要求 反相加法放大器是一个 1 1 的加法电路 所 以 Eo Vi1 RF Rf1 Vi2 RF Rf2 Vi1 10 6 10 Vi2 10 6 100 0 1 6 1 1 06 4 0 1 0 106 0 1 6 1 696 0 4 0 424 0 4 2 2 12 V 反馈电压 VR11 4 20mA 100 0 4 2V A 首先调整 W2 使输入信号在 0 时 输出信号为 4mA 最好精确测 量 W2 的调节输出为 4V B 再输入 10V 信号 调节 W1 使输出信号为 20mA C 再将输入信号降为 0 观察输出信号是否回到 4mA 如果偏离 4mA 可 微调 W3 使输出为 4mA D 重复 B C 直到输入 0 10V 输出 4 20mA 即可 所以 W1 量程满度电位器 W2 零点调节电位器 W3 校正电位器 不知道这样回答能否使你满意 0 5V 4 20mA0 5V 4 20mA 电压电流转换典型电路电压电流转换典型电路 希望对大家的学习有点儿促进作用希望对大家的学习有点儿促进作用 实际应用时实际应用时 可以在可以在 0 5V0 5V 输入端并一只输入端并一只 10K10K 电阻电阻 可以解决部分网友可以解决部分网友 发生输出不可调整的问题发生输出不可调整的问题 零点调整电位器上端至电源间的零点调整电位器上端至电源间的 100K100K 电阻换成电阻换成 51K51K 即可即可 4 204 20 mAmA 电流环原理分析电流环原理分析 订阅订阅 一般传感器会把一个物理信号利用电桥等转化为与之对应的电信号 比如电压或电流 下面以一个恒流源一般传感器会把一个物理信号利用电桥等转化为与之对应的电信号 比如电压或电流 下面以一个恒流源 电路来分析电压信号怎么产生与负载无关的电流信号 当然要产生电路来分析电压信号怎么产生与负载无关的电流信号 当然要产生 4 20mA 的电流信号 则把电压信号利的电流信号 则把电压信号利 用放大电路进行变换之后肯定是能做到的 如果传感器直接出来的是电流信号 则可以先变为电压信号 用放大电路进行变换之后肯定是能做到的 如果传感器直接出来的是电流信号 则可以先变为电压信号 再经过信号调理电路肯定还能转换到再经过信号调理电路肯定还能转换到 4 20mA 的电流信号 当然变换过程中的关系别人不需要知道 但是的电流信号 当然变换过程中的关系别人不需要知道 但是 自己得知道 这样才能知道自己得知道 这样才能知道 4mA 的电流对应的物理量是多少 的电流对应的物理量是多少 20mA 的信号对应的物理量是多上少 的信号对应的物理量是多上少 下图是郝兰德电路 是典型的电压电流转换电路 下图是郝兰德电路 是典型的电压电流转换电路 其特点是负载电阻有一端接地其特点是负载电阻有一端接地 恒流源通常有这个要求恒流源通常有这个要求 而取样电阻两端均不接地 之所以能够实现这个 而取样电阻两端均不接地 之所以能够实现这个 要求 关键就是上面一个运放和电阻的匹配 上面一个运放显然是跟随器 其输入阻抗很高 可以看成开要求 关键就是上面一个运放和电阻的匹配 上面一个运放显然是跟随器 其输入阻抗很高 可以看成开 路 其输出阻抗很低 可以看成电压源 而电位与路 其输出阻抗很低 可以看成电压源 而电位与 Rs 右端相同 这样就避免了右端相同 这样就避免了 R2 中电流对输出的影响中电流对输出的影响 R2 不从输出端取用电流不从输出端取用电流 由运放虚短概念可知 由运放虚短概念可知 V2 V1 V5 V4 V3 V2 V2 R3 R4 V3 V2 1 R4 R3 V1 1 R4 R3 V1 R1 V5 V R1 R2 V V5 V1 1 R2 R1 V R2 R1 V3 V R2 R1 V4 采样电阻采样电阻 RS 两端的电压为 两端的电压为 V4 V3 V R2 R1 流过流过 RS 的电流为 的电流为 V R2 R1 RS 其大小与负载电阻 其大小与负载电阻 RL 无关 受输入电压无关 受输入电压 V 控制 控制 因此一般在处理器端对数据进行采集时 一般是把电流信号转化为电压信号 再用因此一般在处理器端对数据进行采集时 一般是把电流信号转化为电压信号 再用 ADC 来处理 对于精来处理 对于精 度不高的场合可以就直接接一个度不高的场合可以就直接接一个 250 欧姆的精密电阻 转化为欧姆的精密电阻 转化为 1 5V 的信号 如果精度要求高的话可以先的信号 如果精度要求高的话可以先 用运放来处理再用用运放来处理再用 ADC 采集 下面是几种恒流源电路 采集 下面是几种恒流源电路 所谓环的概念 它要出去两根线进行传输 到达处理器之后要接上负载电阻 以供所谓环的概念 它要出去两根线进行传输 到达处理器之后要接上负载电阻 以供 AD 采样 正好构成一采样 正好构成一 个环状 个环状 电流环通信原理电流环通信原理 比较古老的通信方式 比较古老的通信方式 RS232 通信的资料一大堆就不多说了 通信的资料一大堆就不多说了 20mA 电流环路串行接口也是一种应用较广的接口电路电流环路串行接口也是一种应用较广的接口电路 其串行通信接口电路如图所示其串行通信接口电路如图所示 由于其没有形成正由于其没有形成正 式标准式标准 因此一般计算机的数据传送设备不具有这种接口 但其接口电路简单因此一般计算机的数据传送设备不具有这种接口 但其接口电路简单 发送正 发送负 接收正 发送正 发送负 接收正 接收负四根线分别组成了输入电流回路和输出电流回路 在发送数据时接收负四根线分别组成了输入电流回路和输出电流回路 在发送数据时 根据数据的逻辑根据数据的逻辑 1 和逻辑和逻辑 0 来有来有 规律的使回路形成通 断状态 图中用开关示意电流的有无 电流环串行通信接口的最大优点是低阻抗规律的使回路形成通 断状态 图中用开关示意电流的有无 电流环串行通信接口的最大优点是低阻抗 传输线对电气噪声不敏感传输线对电气噪声不敏感 而且易实现光电隔离而且易实现光电隔离 且传输距离很长 且传输距离很长 分析一个大家接触得较多的电路 很多控制器接受来自各种检测仪表的分析一个大家接触得较多的电路 很多控制器接受来自各种检测仪表的 0 20mA 或或 4 20mA 电流 电路电流 电路 将此电流转换成电压后再送将此电流转换成电压后再送 ADC 转换成数字信号 图九就是这样一个典型电路 如图转换成数字信号 图九就是这样一个典型电路 如图 4 20mA 电流流过电流流过 采样采样 100 电阻电阻 R1 在 在 R1 上会产生上会产生 0 4 2V 的电压差 由虚断知 运放输入端没有电流流过 则流过的电压差 由虚断知 运放输入端没有电流流过 则流过 R3 和和 R5 的电流相等 流过的电流相等 流过 R2 和和 R4 的电流相等 故 的电流相等 故 V2 Vy R3 Vy R5 a V1 Vx R2 Vx Vout R4 b 由虚短知 由虚短知 Vx Vy c 电流从电流从 0 20mA 变化 则变化 则 V1 V2 0 4 2 d 由由 cd 式式 代入代入 b 式得式得 V2 0 4 2 Vy R2 Vy Vout R4 e 如果如果 R3 R2 R4 R5 则由 则由 e a 得得 Vout 0 4 2 R4 R2 f 图九中图九中 R4 R2 22k 10k 2 2 则 则 f 式式 Vout 0 88 4 4 V 即是说 将 即是说 将 4 20mA 电电 流转换成了流转换成了 0 88 4 4V 电压 此电压可以送电压 此电压可以送 ADC 去处理 去处理 电流可以转换成电压 电压也可以转换成电流 图十就是这样一个电路 上图的负反馈没有通过电阻直接电流可以转换成电压 电压也可以转换成电流 图十就是这样一个电路 上图的负反馈没有通过电阻直接 反馈 而是串联了三极管反馈 而是串联了三极管 Q1 的发射结 大家可不要以为是一个比较器就是了 只要是放大电路 虚短虚的发射结 大家可不要以为是一个比较器就是了 只要是放大电路 虚短虚 断的规律仍然是符合的 断的规律仍然是符合的 由虚断知 运放输入端没有电流流过 由虚断知 运放输入端没有电流流过 则则 Vi V1 R2 V1 V4 R6 a 同理同理 V3 V2 R5 V2 R4 b 由虚短知由虚短知 V1 V2 c 如果如果 R2 R6 R4 R5 则由 则由 abc 式得式得 V3 V4 Vi 上式说明上式说明 R7 两端的电压和输入电压两端