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4-20mA电流信号转成0-5V或0-10V电压信号.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.12M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    4-20mA 电流信号转成 0-5V 或 0-10V 电压信号 解决方法： 1.采用专用的电流转电压芯片，或者隔离放大器（要求精度高，抗干扰时） 如：MAXIM MAX472 深圳顺源公司的 ISO 系列产品 http://www.sun-yuan.com/ 2.自己搭建电路,节省成本，但不推荐直接串联精密电阻的方式 用运放搭建电路就非常好 给个地址: http://www.dzjs.net/html/zonghejishu/2007/0925/2621.html 1、 0－5V/0－10mA 的 V/I 变换电路 图 1 是由运放和阻容等元件组成的 V/I 变换电路，能将 0—5V 的直流电压信号线性地转换成 0－10mA 的电流信号，A1 是比较器．A3 是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压 Vi 与反馈电压 Vf 比较， 在比较器 A1 的输出端得到输出电压 VL，V1 控制运放 A1 的输出电压 V2，从而改变晶体管 T1 的输 出电流 IL 而输出电流 IL 又影响反馈电压 Vf，达到跟踪输入电压 Vi 的目的。输出电流 IL 的大小 可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使 Vi=Vf，因此 IL＝Vi/(Rw+R7)，当 Rw+R7 取值为 500Ω时,可实现 0－5V/0－10mA 的 V/I 转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，运故 A1、A2 的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。
    2、 0－10V/0－10mA 的 V/I 变换电路 图 2 中 Vf 是输出电流 IL 流过电阻 Rf 产生的反馈电压，即 V1 与 V2 两点之间的电压差，此 信号经电阻 R3、R4 加到运放 A1 的两个输入端 Vp 与 Vn，反馈电压 Vf=V1－V2，对于运放 A1，有 VN ＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以 V1/(R2+R3)×R2＝V2＋ (Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据 Vf＝V1-V2 及上式可推导出： 若式中 R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4， 得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路 R3、R4 的电流，则有：IL＝Vf/Rf ＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流 IL 与输入电压 Vi 满足线性关系， 而且关系式中只与反馈电阻 Rf 的阻值有关．显然，当 Rf＝200Ω时，此电路能实现 0－10v/0－10mA 的 V/I 变换。 3、 1－5V/4－20mA 的 V/I 变换电路 在图 3 中．输入电压 Vi 是叠加在基准电压 VB(VB=10V)上，从运放 A1 的反向输入 VN 端输入的，晶
    体管 T1、T2 组成复合管，作为射极跟踪器，起到降低 T1 基极电流的作用(即忽略反馈电流 I2)， 使得 IL≈I1，而运放 A1 满足 VN≈Vp，如果电路图中 R1＝R2＝R，R4＝R5＝kR，则有如下表达式： 由式①②③可推出： 若 Rf＝62.5Ω,k=0.25,Vi=1－5V，则 I1＝4－20mA，而实际变换电流 IL 比 I1 小，相差 I2(IL=I1-I2)， I2 是一个随输入电压 Vi 变化的变量，输入电压最小时(Vi=1V),误差最大，在实际应用中，为了使 误差降到最小，一般 R1，R2，Rf 的阻值分别选取 40.25kΩ,40kΩ,62.5Ω。 4、 0－10mA/0－5V 的 I/V 变换电路 在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻， 实现电流/电压的变换，如图 4，若精密电阻 R1＋Rw＝500Ω,可实现 0-10mA/0-5V 的 I/V 变换，若 精密电阻 R1＋Rw＝250Ω,可实现 4-20mA/1-5V 的 I/V 变换。图中 R,C 组成低通滤波器，抑制高频 干扰，Rw 用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。
    对于存在共模干扰的电流输入信号，可采用隔离变压器耦合方式，实现 0-10mA/0-5V 的 I/V 变换，一般变压器输出端的负载能力较低，在实际应用中还应在输出端接一个电压跟随器作为缓冲 器，以提高驱动能力。 5、 由运放组成的 0－10mA/0－5V 的 I/V 变换电路 在图 5 中，运放 A1 的放大倍数为 A＝(R1+Rf)/R1,若 R1＝100kΩ，Rf＝150kΩ，则 A＝2.5； 若 R4＝200Ω，对于 0－10mA 的电流输入信号，将在 R4 上产生 0－2V 的电压信号，由 A＝2.5 可知， 0－10mA 的输入电流对应 0－5V 的输出电压信号。 图中电流输入信号 Ii 是从运放 A1 的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制 比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27 等。 6、 4－20mA/0－5V 的 I/V 变换电路 经对图 6 电路分析，可知流过反馈电阻 Rf 的电流为(Vo-VN)/Rf 与 VN/R1＋(VN-Vf)/R5 相 等，由此，可推出输出电压 Vo 的表达式： Vo=(1+Rf/R1+Rf/R5)×VN-(R4/R5)×Vf。由于 VN≈Vp＝Ii×R4，上式中的 VN 即可用 Ii×R4 替换， 若 R4＝200Ω，R1＝18kΩ，Rf＝7.14kΩ，R5＝43kΩ，并调整 Vf≈7.53V，输出电压 Vo 的表达式
    可写成如下的形式: 当输入 4－20mA 电流信号时，对应输出 0－5V 的电压信号。 ------------------------------------------------------------------------ 原则 1、电流信号转成电压信号，或电压信号转成电流信号，实质就是信号传输中的阻抗变换问题； 2、信号传输阻抗匹配，就是满足信号源输出最大信号能量的条件； 3、信号传输阻抗匹配，就是信号传输能流最大、衰减最小、畅通无阻、失真变形最小； 4、电流信号转成电压信号，就是低阻抗传输转换为高阻抗传输； 5、这种阻抗变换，一定要通过阻抗变换设备、阻抗变换电路来实现； 6、常用阻抗变换的设备有阻抗变换变压器，例如音响系统的输入输出变压器； 7、常用阻抗变换电路，如射极输出电路，在模拟电子电路中经常用作输出级、输入级、中间转换 级等； 8、超高频闭路电视系统，信号分流用的三通、四通分配器，就是信号匹配阻抗转换器，通过它实 现闭路电视系统的阻抗匹配，否则信号将受阻传不出去，或信号失真变形； 9、4-20mA 电流信号转成 0-5V 或 0-10V 电压信号，用什么样的阻抗变换电路、设备，关键看信号 的性质，是高频还是低频，是交流还是直流；
    10、这种在电流信号回路中串入电阻的方法，是错误的，不可取的，是不懂信号传输匹配意义的 做法；
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