怎么才能得到4~20mA信號(hào)？

在工廠自動(dòng)化控制領(lǐng)域，模擬信號(hào)的傳輸常見電流信號(hào)4-20mA，常見電壓信號(hào)0-10V，0~5V，-10V~+10V,-5V~-5V。

一、為什么數(shù)據(jù)傳輸需要電流信號(hào)?

首先電流源內(nèi)阻趨近無窮，因此在長(zhǎng)距離傳輸?shù)膱?chǎng)合下(100m以內(nèi)，大于100m采用數(shù)字信號(hào)RS485)，傳輸電流信號(hào)導(dǎo)線阻抗可以對(duì)輸出信號(hào)精度的一影響微乎其微。而工業(yè)環(huán)境有很多大功率的機(jī)器運(yùn)行，其產(chǎn)生的電磁干擾功率小，電壓可達(dá)幾V，電流卻只有幾nA，因此面對(duì)長(zhǎng)距離有電磁干擾的場(chǎng)合采用電流信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)再適合不過了。在接收端，再把4~20mA轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)進(jìn)行后續(xù)的控制。

二、為什么電流信號(hào)是4~20mA呢?

電流最大量程20mA的選擇從安全性，實(shí)用性，功耗和成本考慮因素。安全火花儀表(防爆)只能使用低電壓和低電流;20mA電流不會(huì)引燃瓦斯，另外是功耗和成本等因素。

4-20MA變送器大多是雙線制。

雙線系統(tǒng)是電源和負(fù)載串聯(lián)連接，電流環(huán)路傳遞電流信號(hào)和電流偏置信號(hào)。如果沒有靜態(tài)工作電流，變送器電路將無法工作，信號(hào)啟動(dòng)電流為4mADC是變送器的靜態(tài)工作電流。同時(shí)，儀器的電氣零點(diǎn)為4mADC，有助于識(shí)別電源故障和斷開等故障。

三、怎么才能得到4~20mA信號(hào)?

除了之前介紹過的高邊VI轉(zhuǎn)換電路(經(jīng)典的電壓轉(zhuǎn)電流電路解析)，接下來介紹另外一種經(jīng)典的OPA+BJT(MOS也可以)的VI轉(zhuǎn)換電路。

設(shè)計(jì)指標(biāo)：輸入0~10V/200uA; 輸出4~20mA; OPA 15V單電源供電。

0~10V轉(zhuǎn)換4~20mA思路：先將0~10V偏置到2~12V(電路圖不包括偏置電路)，再分壓到833mV到5V。其中運(yùn)放可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，抑制共模干擾(看運(yùn)放的CMRR)，輸入電壓經(jīng)過R1,R2分壓之后給到R5，因此輸出電流符合以下公式：

1.R5：限制功耗100mW， IN-(max)=5V at Io(max)=20mA

R5= IN-(max)/ Io(max)=5V/20mA=250Ω

2.R1，R2:

IN-(max)=IN+(max)=Iimax×R2=5V

R2=IN-(max)/ I Iimax =5V/200uA=25kΩ(標(biāo)稱值24.7 kΩ~24.9 kΩ)

IN+(max)=Vi(max) ×[R2/(R1+R2)] ,R1取34.8 kΩ。

3.運(yùn)放補(bǔ)償設(shè)計(jì)：R3/R4/C1第一和第二階段都需要補(bǔ)償組件，以確保適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)穩(wěn)定性。運(yùn)放輸出驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載容易產(chǎn)生輸出震蕩，本補(bǔ)償之后的電路結(jié)構(gòu)是經(jīng)典的運(yùn)放雙反饋回路，具體可以參考如下運(yùn)算放大器雙反饋回路設(shè)計(jì)。