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OP07組成的4-20mA輸入/5V輸出的I/V轉(zhuǎn)換電路

來(lái)源:北京中航科儀測(cè)控技術(shù)有限公司   2025年06月30日 07:19  
OP07組成的4-20mA輸入/5V輸出的I/V轉(zhuǎn)換電路
電路是一種被推薦使用的較好線路,首先,對(duì)運(yùn)放的供電采用了由DIP封裝的TL431組成的高精度穩(wěn)壓電路,這種TL431采用DIP8封裝,耗散功率達(dá)到1W,更改供電電壓只需更換分壓電阻就可以輕易辦到。其次,運(yùn)算放大器選擇使用的是高精度低失調(diào)的OP07,其參數(shù)指標(biāo)大大優(yōu)于普通廉價(jià)運(yùn)放。*為關(guān)鍵的是在對(duì)零點(diǎn)信號(hào)的處理上,可以保證輸入4mA的時(shí)候,運(yùn)放ICC的輸出電壓等于零。


 分析一下這部分電路的工作原理:運(yùn)放ICD的同相輸入端電壓由經(jīng)過(guò)TIA31穩(wěn)壓后的負(fù)電源提供,它通過(guò)R15與R14的分壓,取R14上的電壓與R10 上在4mA時(shí)的電壓一樣,然后,經(jīng)過(guò)運(yùn)放的緩沖,從運(yùn)放輸出接有一只PNP型三極管用于擴(kuò)展輸出能力,實(shí)際這是一個(gè)典型的運(yùn)算放大器穩(wěn)壓電源,其輸出將跟隨著運(yùn)放同相端的電壓,可以從接近零的電壓起調(diào)。
    R10就是4~20mA的I/V轉(zhuǎn)換電阻,按照上述道理,由于運(yùn)放的作用,這個(gè)電阻的*小取值可以很小,電阻越小越能減輕前方傳感變送器的供電要求。
    正是考慮到傳感變送器屬于一種遠(yuǎn)傳信號(hào)的使用環(huán)境,為了防止引入干擾信號(hào),加有輸入濾波電容器C0和兩只1N4148二極管對(duì)輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)電壓進(jìn)行保護(hù)。
例如:
    取R10=25Ω,4mA時(shí),其壓降=0.1V,把ICD的同相端輸入電壓配置為負(fù)的0.1V,這樣,輸入信號(hào)的0.1V與這個(gè)I/V配置的負(fù)0.1V恰好互相抵消,ICC輸出將是零電壓。隨著輸入電流的增大,如果輸入電流是5mA,I/V轉(zhuǎn)換電壓將是0.125V……如果輸入電流是20mA,I/V取樣電壓就是500mV。這樣,我們可以把這個(gè)電壓放大10倍得到5V滿(mǎn)度輸出,或者放大20倍得到10V滿(mǎn)度輸出。為了方便工程上的工作方便,減少同時(shí)手續(xù),對(duì)R10、R15、R14、R01、R02等重要電阻,必須選擇其精度0.1%的E96分度的金屬膜電阻,其溫度漂移參數(shù)*好能夠不大于50ppm。
    許多傳感器變送器輸入標(biāo)注著4~20mA的輸出指標(biāo),可是,在實(shí)際上,這些參數(shù)都是不夠**的,包括一些進(jìn)口傳感交送器,實(shí)際測(cè)試零點(diǎn)電流有誤差高達(dá)18%的,即標(biāo)稱(chēng)的4mA變成了3.3mA或4.7mA,這時(shí)候,就需要進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。在零點(diǎn)調(diào)整的時(shí)候,需要注意,R10與R14原來(lái)是1:4的關(guān)系,是因?yàn)樗鼈兞鬟^(guò)的電流恰好是4:l的關(guān)系。因此,如果需要調(diào)整零點(diǎn)電壓的時(shí)候,千萬(wàn)不要再動(dòng)R10與R14,而應(yīng)該在零點(diǎn)調(diào)整時(shí)更改R15,在滿(mǎn)度調(diào)整時(shí)更改 R01。
    在工程上,人們往往會(huì)采取比較快捷的工程應(yīng)用方法而不是理論推導(dǎo)來(lái)完成任務(wù),因?yàn)樵谶x擇元器件時(shí),就往往無(wú)法按照計(jì)算好的數(shù)值去購(gòu)買(mǎi),只能從標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的品種里頭去選擇搭配,而且,在調(diào)試時(shí),也不可能按照理論計(jì)算的數(shù)值去測(cè)量,尤其當(dāng)計(jì)算結(jié)果帶著超過(guò)4位小數(shù)以上時(shí).對(duì)所使用的儀表就會(huì)要求很高,成為"雞蛋里頭挑骨頭了"。我們可以通過(guò)一個(gè)實(shí)際例子來(lái)說(shuō)明這種電路的調(diào)試過(guò)程。
    首先,必須把實(shí)際的傳感交送器拿到手并且進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量,例如測(cè)量到的數(shù)據(jù)為:零點(diǎn)電流=4.25mA,滿(mǎn)度電流=20.5mA。然后,根據(jù)*大輸入電流的實(shí)際數(shù)值來(lái)求出*大輸入電壓:20.5mA時(shí)R10上的電壓就是:20.5×25=512.5mV,其次求出零點(diǎn)電壓:4.25×25=106.25mV。
    完成上面的簡(jiǎn)單計(jì)算后,接著,對(duì)電路的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,零點(diǎn)的時(shí)候調(diào)整R15,滿(mǎn)度的時(shí)候調(diào)整R01。按照說(shuō)明提到過(guò)得,ICD的同相輸入電壓等于零點(diǎn)時(shí)R10上的電壓,可以求出:R15=(2500-106.25)/(106.25/100)=2.25KΩ。R01=[5000/(512.5-106.25)-1]×1=11.3l等于(5000是滿(mǎn)度輸出電壓,512.5是滿(mǎn)度輸入電壓,106.25是零點(diǎn)輸入電壓,-1是因?yàn)橥喾糯笃鲿?huì)自然+1,-1是因?yàn)镽02=1KΩ)。
    驗(yàn)算一下:
    零點(diǎn)電流輸入時(shí),輸入電壓為:4.25×25=(2.5×100)/(225+100),結(jié)果:106.25=106.4,誤差:0.0014。滿(mǎn)度電流輸入時(shí)的滿(mǎn)度輸出電壓:(20.5×25-106.4)×(1 1.31/1+1)=4999.09,誤差:0.00018。
    上面的計(jì)算和對(duì)電阻的取值都省略了小數(shù)點(diǎn)后多于3位的數(shù)字,因?yàn)閷?shí)用中已經(jīng)不夠現(xiàn)實(shí)了。就目前的數(shù)值而言,在實(shí)際應(yīng)用中也可以滿(mǎn)足許多較高精度測(cè)量的要求了。
提示:
1.       運(yùn)算放大器OP-07本身在零電壓輸而輸出不為零時(shí),可以在其1PN8P上連接微調(diào)電位器進(jìn)行靜態(tài)零點(diǎn)調(diào)整,也可以在零點(diǎn)電流輸入時(shí)一并處理。
2.       由ICA和ICB組成的高精度穩(wěn)壓電源,其輸出電壓應(yīng)該大于主電路要求的滿(mǎn)度輸入電壓至少3V以上,這時(shí)候,不能使用T902小功率封裝的TL431來(lái)替換本電路DIP8封裝的TL431。
3.       當(dāng)需要本電路處理其他非4~20mA輸入的信號(hào)時(shí),可以去掉R10,這時(shí)候,利用OP-07的優(yōu)良性能和供電電源的高精度,作為通用放大器來(lái)使用。也是非常理想的。

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