求助，4-20mA VI变换电路问题

wangyin211197 · 发表于 2013-6-19 18:57:12

本帖最后由 wangyin211197 于 2013-6-20 12:19 编辑

小弟第一次是用4-20mA的VI变换电路，从网上参考的电路如下图，使用单片机的DA及PWM模拟两路DA信号送至电路中的ADC_IN，供电电源已经改为是12V，理论上说可以实现4~20mA的恒流输出，但是实际情况是电流会随着RL的变化而变化，例如100Ω电阻时是11.667mA，200Ω电阻时是11.567mA。已经排除输入阻抗问题，使用实验电源给出1.156V的电压送至ADC_IN端口，仍然是这个现象。更换了三极管型号分别有：9013，达林顿三极管，8050还是不能恒流。已经调了一天了，还是没有进展，希望哪位模拟大神指导一下，在线急等！

经过昨天一天的多次测试发现该问题主要是由于四个100K电阻精度导致的，挑出几个阻值误差比较小的电阻后电流误差减小到0.02mA一下

475627406 · 发表于 2013-6-19 20:05:11

你给的两个数据来看，误差才1%
测R8两端电压是否变化，U3B输入输出误差多少

alias · 发表于 2013-6-19 20:09:04

改用以下电路接法。

cqfeiyu · 发表于 2013-6-19 20:10:46

楼上正解

wangyin211197 · 发表于 2013-6-20 12:19:56

alias 发表于 2013-6-19 20:09
改用以下电路接法。

该电路对那四个100K电阻精度有要求吗，我那个电路需要用千分之一精度的电阻

TW_strivehappy · 发表于 2013-6-20 12:48:50

alias 发表于 2013-6-19 20:09
改用以下电路接法。

请教上拉的10K电阻是什么用意

TW_strivehappy · 发表于 2013-6-20 12:50:15

想知道楼主的电流值是通过什么仪器测的，还是测负载两端电压换算的

zclcom79 · 发表于 2013-6-20 13:28:53

4-20ma 不错

wangyin211197 · 发表于 2013-6-21 08:46:59

TW_strivehappy 发表于 2013-6-20 12:50
想知道楼主的电流值是通过什么仪器测的，还是测负载两端电压换算的

四位半电流表

wangyin211197 · 发表于 2013-7-8 16:37:10

alias 发表于 2013-6-19 20:09
改用以下电路接法。

您这个电路的接法相对于我那个电路有什么优点呢，电流精度还是取决于那四个100K的电阻比例关系吗？或者在其他参数方面优于我设计的那个电路吗？

alias · 发表于 2013-7-8 20:44:00

>> 您这个电路的接法相对于我那个电路有什么优点呢

不错电流精度还是取决于那四个100K的电阻比例关系，但 Compliance range 比较你设计的那个电路要好。

xinjihua · 发表于 2013-7-9 08:17:40

对四个电阻的精度要求不是多苛刻！主要是其相对误差小即可。

alias · 发表于 2013-7-9 10:32:13

楼主可能会对电流源的 compliance range 不了解，我就给楼主试做一遍仿真看看它们的输出在不同负载下表现。

PCBBOY1991 · 发表于 2013-7-11 19:18:46

楼上的厉害~~~~

mvip · 发表于 2013-7-26 13:13:20

此电路经典，我们一直在用。很稳定

mahongtu870204 · 发表于 2013-7-26 14:05:40

alias 发表于 2013-7-9 10:32
楼主可能会对电流源的 compliance range 不了解，我就给楼主试做一遍仿真看看它们的输出在不同负载下表现 ...

请问这个是什么软件？

yangjl2010 · 发表于 2013-7-27 09:52:10

alias 发表于 2013-7-9 10:32
楼主可能会对电流源的 compliance range 不了解，我就给楼主试做一遍仿真看看它们的输出在不同负载下表现 ...

原电路稳定负载不到50欧！？我勒个去，看来还得加扩流二极管。你这个仿真测试时在5V供电下测的吗，12V带载能力应该更强的吧，我也是用楼主原电路，已经做到成品上，带载有这么差吗，惊恐中

alias · 发表于 2013-7-27 10:31:40

@ 16楼
用的是免费的 LTSpice。

回楼上：
>> 你这个仿真测试时在5V供电下测的吗，12V带载能力应该更强的吧

12V 供电时好多了。付上12V时的负载电流响应曲线作参考之用。

albert_w · 发表于 2013-7-27 11:41:03

alias 发表于 2013-7-8 20:44
>> 您这个电路的接法相对于我那个电路有什么优点呢

不错电流精度还是取决于那四个100K的电阻比例关系，但 ...

不利之处也有的，反馈环路两级放大，需要仔细调整相位余度

zhangshixing · 发表于 2013-7-27 11:43:28

改下方案吧，这个方案对四个电阻要求高

YS126 · 发表于 2013-7-27 13:27:06

唉，模电都还给老师了～

jeffwei · 发表于 2013-7-27 16:16:54

三极管基极电流混入了吧，用mosfet代替看看

yuyu87 · 发表于 2013-7-28 11:59:57

mark

wujinxianghy · 发表于 2013-7-29 21:41:03

这个电路真是经典！

honami520 · 发表于 2014-3-13 14:03:02

不错，电路收下了

cdust · 发表于 2014-10-16 20:12:10

4-20ma估计过段时间要用。收下

想不到 · 发表于 2014-10-16 20:30:43

学习学习

johnlj · 发表于 2014-10-16 20:38:03

不错，经典的电路

zyjbcnmdb · 发表于 2014-11-6 21:12:18

学习了，手下电路。

mainbp · 发表于 2015-2-7 16:32:14

对四个电阻要求过高，否则线性度不是太好

diyzxh · 发表于 2015-2-8 20:36:46

alias 发表于 2013-7-9 10:32
楼主可能会对电流源的 compliance range 不了解，我就给楼主试做一遍仿真看看它们的输出在不同负载下表现 ...

13楼的大哥记下了明年我也实验下。

这电路是不是对100K电阻要求过高？

换符合管是想减轻运放的输出压力吗？

QFLN · 发表于 2015-2-8 20:54:39

真是好贴，我也为这烦恼呢

QFLN · 发表于 2015-2-8 20:57:58

alias 发表于 2013-6-19 20:09
改用以下电路接法。

请问朋友有没有隔离的电压转4-20ma电路啊？

baikenor · 发表于 2015-2-8 22:26:47

alias 发表于 2013-7-9 10:32
楼主可能会对电流源的 compliance range 不了解，我就给楼主试做一遍仿真看看它们的输出在不同负载下表现 ...

楼主的输出范围小是不是在高输出的时候运放进入非线性区域了呢如果换成轨到轨运放是不是会好一些呢？

alias · 发表于 2015-2-9 07:58:14

diyzxh 发表于 2015-2-8 20:36
13楼的大哥记下了明年我也实验下。

如果我用，因为电路是差分设计，那 100K 会使用0.5%或更准确的级别。

加了三极管是想令LM258的输出电压在0~2V内就能控制输出20mA，因运放5V供电时运放输出最高不到4V。当然楼上说换成轨到轨运放确有帮助。

Excellence · 发表于 2015-2-9 08:36:38

收下。。。
谢。。。

QFLN · 发表于 2015-3-2 09:20:27

alias 发表于 2013-7-9 10:32
楼主可能会对电流源的 compliance range 不了解，我就给楼主试做一遍仿真看看它们的输出在不同负载下表现 ...

请问此电路是输入0-5V输出4-20mA吗

alias · 发表于 2015-3-2 09:34:17

QFLN 发表于 2015-3-2 09:20
请问此电路是输入0-5V输出4-20mA吗

电阻 R8 100欧决定了输入与输出关系。

输入 1V 时，电流源的输出电流值就是 1V/100欧=10mA，所以电路是0~2V入，出0~20mA。

QFLN · 发表于 2015-3-2 09:40:01

alias 发表于 2015-3-2 09:34
电阻 R8 100欧决定了输入与输出关系。

输入 1V 时，电流源的输出电流值就是 1V/100欧=10mA，所以电路是 ...

谢谢！
请问您有没有0-5V输入输出0-20mA的电路或专用芯片推荐

alias · 发表于 2015-3-2 11:01:08

3楼的电路，把 R8 阻值增大至 250欧，改用12V~24V供电，就是0-5V输入，输出0-20mA的电路

alias · 发表于 2015-4-29 03:46:07

负载仿真设定：

依韵 · 发表于 2015-5-8 16:17:50

楼上是牛人，好好学习学习

honami520 · 发表于 2015-6-29 00:13:22

本帖最后由 honami520 于 2015-6-29 01:05 编辑

alias 发表于 2013-6-19 20:09
改用以下电路接法。

你好，我用你修改过的电路，做出实物来了。用tina进行仿真后，是完全符合情况的。
但是，用实物做出来就出现了非常奇怪的问题。我的输入端的测试电压给的330MV。运行起来后，按照仿真软件里面R5，R6中间的电压是1V左右。
我这边测到的就是330mv/2，得到了这么一个奇怪的电压。然后后面的内容也就都不对了。有点不懂到底是为什么原因了。这个电路也有点复杂，不知道怎么样去检测，到底是运放1，还是运放2，又或者是三极管的问题。求指点

下面是我的电路图，完全按照你的那个来的。现在纠结了好几天了，因为焊了2个板子，上面都这个情况。所以，如果说LM358的问题的话，那就只有可能是买到假货了，发过来的全部是假货才可能，感觉可能性也比较小。
我的DAC输入是STM32的DAC输出，是关闭了缓冲的。

alias · 发表于 2015-6-29 15:28:13

就43楼电路，9014 是 NPN 形，Q9 要用PNP。Q1 应用9014而不是9013。

24V 供电下，R14/R10 阻值要互换，R14 用 1K，而 R10 用 10K。测试时输出T_OUT要加上负载。

563872381hai · 发表于 2015-7-1 15:04:06

电路有没有详细分析下电流是靠R8100欧姆来决定的吧

563872381hai · 发表于 2015-7-1 15:54:07

终于看看懂了

hhww8280 · 发表于 2015-8-21 15:10:27

马克4-20mA电路，几号备用

deadline2012 · 发表于 2015-8-22 12:09:48

本帖最后由 deadline2012 于 2015-8-22 12:17 编辑

alias 发表于 2013-6-19 20:09
改用以下电路接法。

这个电路的输出阻抗是R8/(1-A)，A是环路增益（环路是R8->U3B ->R6->U3A->三极管->R8）。
如果四个电阻能够很好的匹配那么，A=1，
事实上A不可能严格等于一，比如A=1.000001，
这样的话输出阻抗就是一个负的很大的值

wangyj173 · 发表于 2015-8-22 12:22:31

也贡献一个4-20MmA经典电路
此电流已在传感器厂家大量使用

wangyj173 · 发表于 2015-8-22 12:27:13

具体可参考XTR110、XTR111、AD5420内部电路

s梦想s · 发表于 2015-9-13 13:03:30

收藏一下

opiviqo · 发表于 2015-12-8 20:15:06

alias大师好厉害！！！！

jun66 · 发表于 2017-6-15 15:44:13

标记下下次要用

工程师030 · 发表于 2019-1-10 17:38:50

alias 发表于 2013-7-9 10:32
楼主可能会对电流源的 compliance range 不了解，我就给楼主试做一遍仿真看看它们的输出在不同负载下表现 ...

大师你好，我按照你的图做了个电路，但是最后示波器测了一下有非常严重的震荡，请问是不是三极管导致的，运放用的358，三极管分别是9013，9012

zouzhichao · 发表于 2019-1-10 17:45:34

工程师030 发表于 2019-1-10 17:38
大师你好，我按照你的图做了个电路，但是最后示波器测了一下有非常严重的震荡，请问是不是三极管导致的， ...

注意用x10探头档位观测

工程师030 · 发表于 2019-1-10 17:56:31

zouzhichao 发表于 2019-1-10 17:45
注意用x10探头档位观测

用X10的一样

alias · 发表于 2019-1-10 19:12:09

本帖最后由 alias 于 2019-1-10 19:22 编辑

工程师030 发表于 2019-1-10 17:38
大师你好，我按照你的图做了个电路，但是最后示波器测了一下有非常严重的震荡，请问是不是三极管导致的， ...

3楼的图吗？负载及电流多小，供电多小伏？

恒流输出电路负载可以是短路，但不能开路或阻值太高。

工程师030 · 发表于 2019-1-10 21:30:32

alias 发表于 2019-1-10 19:12
3楼的图吗？负载及电流多小，供电多小伏？

恒流输出电路负载可以是短路，但不能开路或阻值太高。

图片是仿真图，在仿真图q2位置会有很大幅度的震荡，而且电流值也不对的，明天上传测量的波形图。
今天先把仿真文件、原理图、pcb上传，初步怀疑是走线问题，不知道对不对，同事画的板子，模拟电路没什么经验

工程师030 · 发表于 2019-1-10 21:37:23

alias 发表于 2019-1-10 19:12
3楼的图吗？负载及电流多小，供电多小伏？

恒流输出电路负载可以是短路，但不能开路或阻值太高。

基本是3楼的图，前面是个加法器，更改了反馈电阻值，为了就是能让输入电压和要求的电流值进行匹配。
负载用的是10欧的电阻，所有电阻是1% 0603的，感觉100欧用0603的有点小。另外不知道电阻精度是否满足。
两个运放的供电不一样，实际电路U1是SGM8042用的5V供电，U1是LM358用的9V供电，
考虑U2会输出比5V更高的电压，用的9V供电，为提高精度用U1用的精密运放，但电压无法使用9V，所以5V供电

alias · 发表于 2019-1-10 23:02:34

工程师030 发表于 2019-1-10 21:37
基本是3楼的图，前面是个加法器，更改了反馈电阻值，为了就是能让输入电压和要求的电流值进行匹配。
负载 ...

LM358 用9V供电，楼主位(1楼)的单管已合用，就不必再用NPN+PNP了。

再者，PNP基极缺了一个重要电阻，看下图：

alias · 发表于 2019-1-11 00:00:36

本帖最后由 alias 于 2019-1-11 00:03 编辑

更改了反馈电阻值后的仿真结果，并没有问题。输出串连二极管，会令电路在负载短路时误差更小。单个 NPN 和 NPN+PNP 组合表现是完全一样的。

工程师030 · 发表于 2019-1-11 09:00:48

alias 发表于 2019-1-11 00:00
更改了反馈电阻值后的仿真结果，并没有问题。输出串连二极管，会令电路在负载短路时误差更小。单个 NPN 和 ...

实际已经在你说的位置并联了一个10k电阻，下面是Q2三极管集电极的波形图。
示波器探头已经拨到X10档位，示波器显示的波形电压与实际相符

alias · 发表于 2019-1-11 09:15:16

本帖最后由 alias 于 2019-1-11 09:33 编辑

58楼的图，U2A输出有否震荡？在 R2 26k7 并一个 1N 电容，震荡是否消失？运放供电两端是否并了电容？

最好不要量Q2三极管集电极的波形，因为探头影响电路工作。可以量负载两端。

如果上述都不见效，得改用61楼单NPN的设计。

zhaogq · 发表于 2019-1-11 09:32:59

楼主位的图对4个100k的匹配度要求特别高，理论上R2/43=R6/R5才能消除负载变化的影响。所以这个电路不太容易做高精度，估计0.1%已经是极限了。 49楼的图理论上可以更高精度，最后的那个mos管组个达林顿效果更好。

工程师030 · 发表于 2019-1-11 10:21:18

alias 发表于 2019-1-11 09:15
58楼的图，U2A输出有否震荡？在 R2 26k7 并一个 1N 电容，震荡是否消失？运放供电两端是否并了电容？

最好 ...

U2A输出电压很平稳，基本没有纹波
手上没有1nF电容，用的10nF的并联，并联之后效果不大，波形是测量负载10欧电阻上的电压
您可以看下波形图

工程师030 · 发表于 2019-1-11 10:22:53

zhaogq 发表于 2019-1-11 09:32
楼主位的图对4个100k的匹配度要求特别高，理论上R2/43=R6/R5才能消除负载变化的影响。所以这个电路不太容 ...

R2/43=R6/R5有点误差的情况下会出现我这个问题吗，这震荡也太严重了，我已经准备重新一块单独的电路来验证了

jhjkdz · 发表于 2019-1-18 11:22:02

学习、学习！

changtf · 发表于 2019-3-6 13:52:18

向大姐学习

xymxym · 发表于 2019-3-6 17:50:23

学习了，4-20mA

求助，4-20mA VI变换电路问题

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阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

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