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文档简介

1、基于Howland电流泵的电流环设计一、电流环简介在实际应用现场,由于条件的复杂性,利用电压信号进行信号的长距离传输时,会产生如下问题:1由于传输的是电压信号,因此传输线会受到噪声的干扰;2传输线路存在分布电阻,因此信号传输过程中会产生压降;3在应用现场很难提供仪表放大器的工作电压。由于电流信号对噪声不敏感,利用电流来传输信号可较为有效地减小噪声的影响。在工业应用中,常使用4 20mA电流环路进行远距离数据传输,例如,加工温度或者容器压力等。这种信号传输方式之所以成为人们的首选,主要因为它简单便捷、抗噪、安全,并可在没有数据损坏的情况下实现远距离传输。本设计利用Howland电流泵原理设计了一

2、套简单的电流环路,并利用multism12对设计进行了验证,完成后的电流环路能够将0 -2.5V电压转换为4 20mA电流。二、电流环原理由于本设计要求输入电压为0V时输出电流即为4mA,因此不能直接使用Howland电流泵将电压转换为电流,需将电压信号首先调制成偏压电压信号,即采用如下设计: 图1 设计框图1求和电路 图2 求和电路原理图由于输入V i=0V时,电流环路需输出4mA的电流,因此使用求和电路,使输入电压V i、偏置电压V b双端输入,利用运算放大器虚断、虚短原理,可得输出电压V o为:V o = -(R5/R7*V b (R6/R7*V i(1在此输入偏置电压V b = 15V

3、2改进型Howland电流泵 图3 改进型Howland电流泵原理图利用预算放大器虚短、虚断原理对改进型Howland电流泵进行分析:V p = V L/(R1 + R2A (2V n = V p(3(V iV n/R3 = (V n - V o/R4 (4I o = (V p - VL/R2A + (V o VL/R2B (5将加法放大电路与改进型Howland电流泵结合,联立以上公式,可得:I o= V L*(R1 R2B R2A/R2B(R1 + R2A + (R7/R6*V b +(R7/R5*V i/R2B (6 其中V b、V i分别为加法电路偏置电压、输入电压,若要输出电流与V

4、L无关,则:R1 = R2A + R2B = R2三、电路设计设R1 = R3 = R4 =10K= R2A + R2B设R2B上的最大电压为2V,此时电流为20mA,则R2B为: R2B = 2V/20mA = 0.1K则R2A = 10 0.1 =9.9K。因为输出Io为4 20mA,根据(6可得:(R7/R6*V b +(R7/R5*V i为0.4 2V。当V i = 0V时:(R7/R6*V b = 0.4 R7/R6 = 4/150 = 16/600当Vi = 2。5V时:(R7/R5*Vi+ 0.4 = 2 R7/R6 = 1.6/2.5 = 16/25四、元件清单 注意:由于R1、R2A、R2B、R3、R4及RL流经电流较大,因此在进行multism和实际电路制作过程中,必

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