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将 1V 至 5V 信号转换为 4mA 至 20mA 输出

尽管长久以来人们一直预测,4mA 至 20mA 电流环路将消失,但是这种模拟接口仍然是连接电流环路电源与检测电路的最常见方法。这种接口需要将电压信号 (典型值为 1V 至 5V) 转换为 4mA 至

虽然长久以来人们一向猜测,4mA 至 20mA 电流环路将消失,可是这种模仿接口仍然是衔接电流环路电源与检测电路的最常见办法。这种接口需求将电压信号 (典型值为 1V 至 5V) 转化为 4mA 至 20mA 的输出。严厉的精确度要求决议,有必要运用贵重的精细电阻器或微调电位器,以校准较不精细器材的初始差错,满意规划方针要求。在今日以自动测试设备为主导和外表贴装型出产环境中,这两种办法都不是最佳。取得选用外表贴装封装的精细电阻器是很难,微调电位器又需求人工干预,而这种要求与出产环境是不相容的。

凌力尔特的 LT5400 四匹配电阻器网络协助处理了这些问题,该网络选用一种简洁的电路,不需求微调,但完结了小于 0.2% (图 1) 的全体差错。该电路选用两级放大器,运用了 LT5400 共同的匹配特性。榜首级放大器将来自 DAC、典型值为 1V 至 5V 的输出加到运算放大器 IC1A 的非反相输入。这个电压经过 FET Q2,将经过 R1 的电流精确地设定为 VIN/R1。这个电流经过 R2 拉低,因而 R2 底端的电压为 24V 环路电源电压减去输入电压。

这部分电路有 3 个首要差错源:R1 和 R2 的匹配;IC1A 的失调电压;以及 Q2 的走漏电流。R1 和 R2 的精确值并不重要,可是它们有必要彼此精确匹配。LT5400A 级版本以 ±0.01% 的差错完结了这一方针。LT1490A 在 0 至 70°C 之间具不到 700µV 失调电压。这个电压在 1V 输入电压时发生 0.07% 的差错。NDS7002A 的走漏电流为 10nA,虽然其数值一般小得多。这个走漏电流代表 0.001% 的差错。

第二级靠拉动经过 Q1 的电流,坚持 R3 上的电压等于 R2 上的电压。因为 R2 上的电压等于输入电压,所以经过 Q1 的电流精确地等于输入电压除以 R3。经过给 R3 并联一个精确的 250 分流电阻,该电流精确地盯梢输入电压。

第二级的差错源是 R3 的值、IC1R 的失调电压和 Q1 的走漏电流。电阻器 R3 直接设定输出电流,因而其值关于该电路的精确度至关重要。这个电路运用常用的 250 并联电阻完结电流环路。图中的 Riedon SF-2 器材的初始精确度为 0.1%,温度漂移很低。与榜首级的景象相似,失调电压发生不超越 0.07% 的差错。Q1 的走漏电流低于 100nA,所发生的最大差错为 0.0025%。

没有任何微调时,总输出差错好于 0.2%。电流检测电阻器 R3 是首要的差错源。假如运用一个更高质量的器材 (例如 Vishay PLT 系列器材),那么能够完结 0.1% 的精确度。电流环路输出在运用中遭到相当大的压力。输出至 24V 环路电源及地之间的二极管 D1 和 D2 协助维护 Q1;R6 供给必定的阻隔。经过进步 R6 的值,在输出端以献身一些契合条件的电压作为价值,能够完结更高的阻隔度。假如最高输出电压要求低于 10V,那么能够将 R6 的值进步到 100,针对输出压力供给更高的阻隔度。假如规划方案需求增强维护,那么能够给输出加上一个瞬态电压抑制器,当然这么做会因为走漏电流而导致输出精确度有必定的丢失。

这一规划方案仅运用了 LT5400 封装中 4 个匹配电阻器中的两个。还能够将别的两个电阻器用于其他电路功用 (例如: 精确的反相器),或许另一个 4mA 至 20mA 转化器。别的,还能够引进其他电阻器与 R1 和 R2 并联。这种办法降低了电阻器发生的计算差错,降幅为 2 的平方根。

将 1V 至 5V 信号转化为 4mA 至 20mA 输出

图 1:精确匹配的电阻器供给精确的电压至电流转化

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