4-20ma電流輸出電路原理圖解

上一篇文章提到了電流信號(hào)在傳輸過(guò)程中具有抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸精度高等優(yōu)點(diǎn)。 那么可不可以使用單片機(jī)輸出工業(yè)上常用的4-20ma電流，來(lái)傳輸信息呢? 答案是肯定的，這篇文章給大家分享一個(gè)4-20ma電流輸出電路。

電路原理圖

電路分析

如上圖所示，是一個(gè)壓控恒流源(VCCS)，VS1來(lái)自單片機(jī)DAC引腳的模擬電壓信號(hào)。 經(jīng)過(guò)R1,C1組成的低通濾波器進(jìn)行濾波后送往運(yùn)放，從伯德圖中可以看出該濾波器在-3dB增益處對(duì)應(yīng)的截止頻率為1.59K，足以用來(lái)濾除高頻數(shù)字干擾信號(hào)。

運(yùn)放在深度負(fù)反饋條件下具有虛短的特性，DAC信號(hào)進(jìn)入運(yùn)放的同相輸入端后，運(yùn)放會(huì)控制輸出，通過(guò)反饋回路使得反向輸入端電壓逼近同相輸入端電壓，最后保持相等。

這個(gè)過(guò)程中三極管進(jìn)入線性區(qū)，IC電流逐漸變大，流過(guò)電阻R3的電流增大，R3兩端電壓也隨之增大，最終運(yùn)放反向輸入端電壓等于同相輸入端電壓，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

電路中電阻R2，R3，三極管T1，和輸出引腳(連接電流表)為串聯(lián)連接。 因此流過(guò)電阻R3的電流就是單片機(jī)DAC輸出電壓所對(duì)應(yīng)的電流值(如：R3=100歐姆時(shí)0.4V對(duì)應(yīng)輸出電流4ma)，所以只需要控制單片機(jī)DAC輸出電壓范圍，就能夠保證電路穩(wěn)定輸出4-20ma電流。

下圖為DAC輸出電壓在0.4V-2V之間變化時(shí)電路輸出電流仿真圖。 從圖中可以看出在仿真軟件中該電路的電流線性度較好。

通過(guò)改變R3的參數(shù)可更改DAC電壓范圍(如：R3=150Ω時(shí)，ADC∈[0.6,3])。 電路中一個(gè)參數(shù)的改變，往往會(huì)影響到電路的整體，可謂是牽一發(fā)而動(dòng)全身，為了便于觀察某個(gè)參數(shù)的變化對(duì)其它參數(shù)的影響，這里使用MathCad軟件，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。 如下圖所示。