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电压转电流模块电路设计原理解析

前言:

输出模拟信号通常以电压的形式存在于工业控制等传感器的应用电路中。信号源电阻或传输线路的直流电阻会导致电压衰减。为了避免信号在传输过程中的衰减,可以增加信号接收端的输入电阻,但信号接收端输入电阻的增加使传输线路容易受到外部电磁的干扰。因此,在长距离传输模拟信号时,电压输出不能转换为电流输出。

电压电流转换器是将输入电压信号转换为电流信号的电路,是由电压控制的电流源。 它是将输入的电压信号转换为满足一定关系的电流信号。转换后的电流相当于输出可调恒流源,其输出电流应保持稳定,不会随负载变化而变化。

我们来分析一下0-2.5V3.3V5V10V15V24转4-20mA电流变送器的电路设计原理。

①恒流电路电路

这是由输出和三极管组成的压控恒流源,其原理是通过负反馈控制输出电压NPN三极管基极到发射极的电流大小,然后控制三极管输出电流的大小,三极管工作和放大状态,运输和外围电阻形成相同的放大器,放大倍数为1 (R11/R8)=2,VCC作为三极管和运输电源。 同一输入端的电压不是由外部输入的Ui单独控制,但通过电阻R6将UB引入采样电阻R6低压电压,根据电阻分压,同相输入端10端电压为(Ui-UB)/2 UB,则UA=2*((Ui-UB)/2 UB))=Ui UB,那么R两端的电压差为UA-UB=Ui,即通过R1的电流为Ui/R1,由此控制Ui输出电流的大小可以控制。

需要注意的是,当负载产生的压降大于三极管电源时,后输出负载不应过大VCC时则说明负载过大,此时三极管是无法提供足够电流的。

②放大电压信号

输出电流范围为4-20mA,反推出Ui对应范围为0.4-2V,则在Ui前加一级放大电路如下图所示:

由于模块电路对应输出的电流范围为4-20mA,那么必须保证在输入电压为0v时Ui为0.4V,也就是说,需要同相放大器U1A同相输入端加调压电路,调压电路电压必须精确稳定,不受电源电压波动的影响TL431组成以2.5V为基准电压源,经由电位器RP通过跟随器输出2分压出可调电压R5输入到U1A相同的输入端。

这样可以通过调节电位器来调节RP2即可调节对应输出电流大小,则在使用模块前,通过调节RP2调整输出电流4mA即可。

④量程调节

电压输入部分首先通过运输后续器(输入阻抗高,输出阻抗小)输出,然后通过电位器衰减输入电压。零调整后,输入电压可调整到最大值,然后通过调整电位器RP1使输出电流达到20mA为止即可。

⑤模块使用步骤

例如,要实现0-100V对应输出4-20mA电流功能的第一步是调整零操作,使输入电压为0V,调整电位器RP使输出电流达到4mA,然后将输入电压调整到10V,调整电位器RP直到输出电流达到20mA,也就是说,调整后,其他量程的调整与上述步骤一致。

注:当负载产生的压降大于三极管电源时,后输出负载不得过大VCC当负载过大时,三极管无法提供足够的电流。

⑥模块整体原理图

实物链接模块:https://item.taobao.com/item.htm?spm=a213gs.20824378.0.0.39484831KcEwuN&id=678686293476

标签: 传感器输出5v10v

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