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标题: 这个才是搞工控的朋友需要的实用的4-20ma电路 [打印本页]

作者: hzxiaobao 时间: 2011-7-26 09:17
标题: 这个才是搞工控的朋友需要的实用的4-20ma电路
经常看到论坛里很多人在讨论4-20ma电路，但发现所提供的电路图不是很实用，就是有错误，跟本不实用，要不就是动不动用价格昂贵的集成模块，有点误人子弟。做工控这么久，我认为简单可靠，低成本是硬道理，看看RS485及RS232应用这么广泛就是这个道理。废话啰嗦多了，有些人听了可别生气，纯粹是学习交流。上图

将9013更换为场效应管更好，比如西门子的EM235模块 (原文件名:4-20ma.JPG)

作者: luzj05 时间: 2011-7-26 09:27
工控上面的4~20mA输出的多一点吧？？
这个图是0~20mA的

作者: yuanbangyin 时间: 2011-7-26 09:30
这个是两线制，不是四线制。

作者: fanwt 时间: 2011-7-26 09:48
换那个场管比较好一些，DA转换器也不便宜，看到以前发的用PWM加光耦的，感觉很不可靠，光耦使用的电源是外部的24V，外部电源的不稳定，PWM过来的DA能稳定吗，精度又会怎么样

作者: flywater 时间: 2011-7-26 09:54
有空试一下，谢谢分享！

作者: gusigusi 时间: 2011-7-26 10:31
不太懂，如何和pwm接口呢

作者: chemical_life 时间: 2011-7-26 10:43
额、、图上是 0-20ma，怎么回事？

作者: az88982 时间: 2011-7-26 11:19
不太懂有空试试

作者: john78 时间: 2011-7-26 11:21

(原文件名:0-20MA.JPG)

哎-------------------

作者: hzxiaobao 时间: 2011-7-26 11:43
PWM 做个玩具可以，工业上应用，嘿嘿，不排除你是高手中的高手。不可以用TLV5618或者TLC5615。

作者: ptz19861212 时间: 2011-7-26 11:45
MARK

作者: our2008 时间: 2011-8-6 08:50
mark

作者: wwwjjjwww 时间: 2011-8-6 08:57
这个更不靠谱。

作者: suncq 时间: 2011-8-6 09:11
谢谢，楼主！

作者: suncq 时间: 2011-8-6 09:13
回复【14楼】wwwjjjwww
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怎么不靠谱？你好像对4-20ma非常牛，但就是老卖关子，来点实际的！

作者: suncq 时间: 2011-8-6 09:19
楼主有西门子的EM235模块的电路图吗？9013如果换成场效应管，具体什么型号？外部直流电压能到多大？

作者: My5A1 时间: 2011-8-6 09:28
PWM方式在工业上用的也很多，关键是分辨率的要求。
这个是陷流源方式，通用性差些。
0-10V输出，工业使用，好像欠点保护吧，万一外部短路呢

作者: wwwjjjwww 时间: 2011-8-6 10:22
回复【16楼】suncq
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牛谈不上。呵呵，首先这个是高端输出地，需要隔离电源。然后就是
不隔离。这些问题大家都能看懂的。至于实地的成熟电路，还是要靠自己来做的。

作者: suncq 时间: 2011-8-6 10:22
回复【18楼】My5A1
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这个是陷流源方式，通用性差些。
是什么意思？通用性差些是什么意思？是指带负载能力？

作者: albert_w 时间: 2011-8-6 10:38
回复【19楼】wwwjjjwww
回复【16楼】suncq
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牛谈不上。呵呵，首先这个是高端输出地，需要隔离电源。然后就是
不隔离。这些问题大家都能看懂的。至于实地的成熟电路，还是要靠自己来做的。
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赞成，这个图首先从原理上给个砖头，不隔离的两线制，而且看起来本仪表又没使用这个两线的供电，这就有共地的危险了，嗯，这里变成了危险。

换mos的话，因为mos的栅极电容，不加超前反馈很容易振荡。

作者: dszx 时间: 2011-8-6 10:43
实际使用如果电流范围是4~20mA的话连三极管都可以省掉！

作者: suncq 时间: 2011-8-6 10:48
负载不是共地方式，的确不好！

作者: suncq 时间: 2011-8-6 10:50
楼主有没有共地负载输出的方案啊！

作者: yu_studio 时间: 2011-8-6 10:56
有时间试一试

作者: zhaozhaosheng 时间: 2011-8-6 14:24
来一个非常成熟的实用性变送原理图。

(原文件名:实用性变送原理图.JPG)

作者: hzxiaobao 时间: 2011-8-6 14:32
建议楼上几位去看下西门子EM235电路图，也许更不靠谱。多说无益，是驴子是马拉出来溜溜。
我发现3楼高手了，哎。。。。还帮我改错,牛逼，我服你了！

作者: hefq 时间: 2011-8-6 14:51
楼主的图，收藏了，感觉靠谱啊，为什么大家觉得不靠谱

作者: anxiangbo 时间: 2011-8-6 16:24
记号

作者: zprs 时间: 2011-8-6 22:33
mark

作者: suiyue 时间: 2011-8-7 16:00
回复【30楼】zprs
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学习看一下

作者: wkonglingyun 时间: 2011-8-8 09:00
电流转电压就没有这么容易了，专用的芯片都太贵。倘若不公地的电流转电压就更头痛了。

作者: suncq 时间: 2011-8-8 12:30
楼主的图，3楼，现在是9楼帮你改的，对不对啊？

作者: huayuliang 时间: 2011-8-8 12:54
0～20mA 只是老设备在用，也仍有市场。

哦，楼主的标题错了。

作者: learner123 时间: 2011-8-8 13:15
电路设计水平太低，还停留在山寨的初级阶段

作者: unicontrol 时间: 2011-8-8 13:44
楼主电路在电流输出上不靠谱，建议别用

作者: wdcwdc998 时间: 2011-8-8 13:51
0A怎么提供工作电流啊？

作者: AVR_ARM 时间: 2011-8-8 14:09
回复【楼主位】hzxiaobao
经常看到论坛里很多人在讨论4-20ma电路，但发现所提供的电路图不是很实用，就是有错误，跟本不实用，要不就是动不动用价格昂贵的集成模块，有点误人子弟。做工控这么久，我认为简单可靠，低成本是硬道理，看看rs485及rs232应用这么广泛就是这个道理。废话啰嗦多了，有些人听了可别生气，纯粹是学习交流。上图

将9013更换为场效应管更好，比如西门子的em235模块 (原文件名:4-20ma.jpg)

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楼主，我可以很负责任的告诉你，西门子235模块是电流输出型，而非灌入型，而且你这个电路不是235的电路。绝对不是。

作者: suncq 时间: 2011-8-8 15:34
EM 235的输出是这样的，但只是个原理图，没有具体的参数！

(原文件名:EM 235.gif)

作者: USACH 时间: 2011-8-8 16:33
mark,lz的不靠谱。

作者: suncq 时间: 2011-8-8 17:37
楼主，这么多人对你的电路提出质疑，你回应一下！另外说楼主电路不靠谱的，也发个靠谱的，给我等瞧瞧！

作者: suncq 时间: 2011-8-8 17:39
3楼没了，变9楼了，怎么回事？

作者: AVR_ARM 时间: 2011-8-9 09:41
回复【39楼】suncq
em 235的输出是这样的，但只是个原理图，没有具体的参数！

(原文件名:em 235.gif)

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39楼的确实是EM235的电路，功能框图版本。

作者: AVR_ARM 时间: 2011-8-9 10:21
39楼的框图版本，也不建议采用，因为第一级恒流源电路使用三极管，工作原理就是三极管集电极和发射级电流相近，但是，问题是，如果是场馆，这是相似的。三极管基极电流不可忽略。会导致有较大误差，各位去仿真一下就了解了。

作者: suncq 时间: 2011-8-11 08:54
到现在，还是没有个完整的电路。可能这种简易单路都有缺陷！肯定不如AD694等专用电路。

作者: wwwjjjwww 时间: 2011-8-12 13:35
694性能确实没有问题，不过很容挂，这个是经验之谈，对于目前它的售价来说性价比很差了。推荐ADI的数字电流输出地。这个绝对是目前最好的。

作者: albert_w 时间: 2011-8-12 14:31
话说一片258半截做差分，半截做跟随（取样电阻下端），使用高端电流取样。谁试验下，我记得结果很不错的。四+1颗电阻要准。
当然这里就木有隔离了，只考虑高精度。

作者: qwerttt 时间: 2011-8-12 15:05
回复【44楼】AVR_ARM
39楼的框图版本，也不建议采用，因为第一级恒流源电路使用三极管，工作原理就是三极管集电极和发射级电流相近，但是，问题是，如果是场馆，这是相似的。三极管基极电流不可忽略。会导致有较大误差，各位去仿真一下就了解了。
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你怎么知道是框图版本
还是说你没理解框图的意思，所以你不建议采用

三极管基极电流是不可忽略，be结也容易受温度影响，但有反馈这样的东西降低影响呀

作者: albert_w 时间: 2011-8-12 19:24
回复【48楼】qwerttt
回复【44楼】avr_arm
39楼的框图版本，也不建议采用，因为第一级恒流源电路使用三极管，工作原理就是三极管集电极和发射级电流相近，但是，问题是，如果是场馆，这是相似的。三极管基极电流不可忽略。会导致有较大误差，各位去仿真一下就了解了。
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你怎么知道是框图版本
还是说你没理解框图的意思，所以你不建议采用
三极管基极电流是不可忽略，be结也容易受温度影响，但有反馈这样的东西降低影响呀
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大哥啊，是咱没看懂还是您没看懂。左侧运放反馈取样了那个三极管的发射极电流，上面的电流镜使用其集电极电流。
右侧的类达林顿结构还有一个电流损失。运放吃掉了一部分电流，这里使用达林顿估计就是为了减小运放输出电流与负载电流叠加而带来的误差。

作者: lylatyou 时间: 2011-8-12 19:26

(原文件名:420.jpg)

看看我的图，0~5V直转0~20毫安，有人问为什么不是0~5V转4~20毫安，我想说的是0~5V通常由DAC给出，假如说码字0000~3999表示输出0~5V，也就是0~20毫安，那么要转为4~20毫安的时候，我让码字在799~3999范围内不就行了？如果你硬件设计就是0~5V转4~20毫安，那你的产品面临需要0~20毫安输入的客户的时候，你就只有哭了，而我可以通过设置一个参数就能兼容两种需求，何乐而不为？

PS：
说下电路原理吧，运放会不遗余力使+端和-端电压相同对吧，于是有(Vin+VR6(2))/2=VQ1(E)/2，可得VQ1(E)-VR6(2)=Vin，于是流过流过R6的电流I=(VQ1(E)-VR6(2))/R6=Vin/R6，R6约=250欧，于是电路功能当然就是0~5V转0~20毫安啦。

至于电路带载能力，也就是R13的最大值，这样推导的，不考虑D1压降，设定三极管基极电压VQ1(E)，运放-端电压=VQ1(E)/2，而运放+端电压=(Vin+(Vin*R13)/(250+R13))/2，由于两端电压近似相等，可以推出如下关系：VQ1(E)=Vin+R/50；我们不难得到VQ1(E)的上限值=VCC-VQ1(CE-SAT)；"VQ1(CE-SAT)为调整三极管Q1的CE饱和压降"，约22.5V，那么可以算出当输入Vin=5V的时候，最大负载电阻R13为875欧（再大一点就上不到20毫安啦）。

如果你想提高准确度和抗干扰能力，可以用一个运放缓冲级去替代R7，同时R3可以改小，但是带来的问题就是这样的电路就只能做4~20毫安输出了，因为运放的最小输出电压只能接近VEE（0V），这样当Vin接近0V的时候，也会有一点电流输出，造成明显的误差。

作者: jcxyx2011 时间: 2011-8-12 22:18
很好的贴子，学习了

作者: suncq 时间: 2011-8-12 23:18
回复【50楼】lylatyou 张伯伦
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负载接在哪里？是R13吗？R6=249.9 有这个阻值的电阻吗？另外这些电阻都需要多高精度的？

作者: lylatyou 时间: 2011-8-12 23:27
D1和R13是负载，LS的250欧的电阻是没有的，于是用200欧+49.9欧串联，这样才都是标准阻值，电阻的精度等级和运放选择由你自己的精度要求决定，可以是1%的，也可以是0.1%的。

作者: suncq 时间: 2011-8-13 00:14
有250 0.1%精度的啊

作者: suncq 时间: 2011-8-13 00:15
另外，Q1用9013行吗？

作者: xizi 时间: 2011-8-13 02:00
回复【19楼】wwwjjjwww
回复【16楼】suncq
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牛谈不上。呵呵，首先这个是高端输出地，需要隔离电源。然后就是
不隔离。这些问题大家都能看懂的。至于实地的成熟电路，还是要靠自己来做的。
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该电路除了这两点问题之外，还有一个缺点：精度不高。
因为基极电流的影响没有消除。由于是射极反馈，所以该电路保证的是射极电流为0--20mA，而实际输出电流=射极电流-基极电流。
假设三极管放大倍数100倍，那么该电路的误差为1%。

作者: Tomas_Yung 时间: 2011-8-13 08:37
习惯用0-10v的！

作者: Sullivan 时间: 2011-8-13 08:50
lz的图确实不怎么靠谱。
扩流BJT的基极起码要有个电阻吧，你现在实际上使用的是运放的输出电阻。BJT的跨导，也就是△Vbe/△Ic是巨大的，这样直驱不稳定。另外恒流电路要适应多种负载，要有补偿电路。这只能是最基本得原理图，照着实用还差得远。

作者: myhonour 时间: 2011-8-13 09:11
mark

作者: shunda 时间: 2011-8-13 09:26
标记下

作者: ledatou 时间: 2011-8-13 09:40
还是菜鸟的我只能仰望各位大神的讨论~~~

作者: lylatyou 时间: 2011-8-13 15:12
55楼，9013不行的，9013的VCEO貌似是20V，这种电路通常要求不小于40V的，另外不能用S0T-23的封装，THETA(J2A)有300多°C/W，你算算就知道会产生多大发热了。我用SOT-89封装的贴片管子，输出上到20毫安，负载阻值较低的时候，感觉管子有点小热。

推荐的管子是 BCX54 中等功率三极管 SOT89贴片

作者: suncq 时间: 2011-8-14 00:22
运放能用lm358替代吗？lm358比OPA2237UA的最高电源电压低些。

作者: lylatyou 时间: 2011-8-14 13:23
可以用，温度范围窄些、精度差些就是了

作者: jeasen 时间: 2011-8-14 15:22
可以试一试

作者: hzxiaobao 时间: 2011-10-20 21:42
本来工业上用，对4-20ma精度要求不是很高，因为我们都用该电流信号输出给变频器或者电动阀，或者风门驱动器，最主要的是一般我们都是用PID去控制，这更加降低了要求，工业上简单可靠实用，因为我不是搞仪表的,搞工控。如对精度有要求，大家帮我看看这个有没有问题

编辑删图

作者: tttt_cn 时间: 2011-10-21 01:47
mark！！

作者: lihuyong 时间: 2011-10-21 08:05
手机上马克一下再看

作者: r166 时间: 2011-10-21 08:23
标记。。。

作者: bg6agf 时间: 2011-10-21 08:33
也做一会MARk 党。。。

作者: bluehans 时间: 2011-10-21 08:54
mark

作者: zhoupxa 时间: 2011-10-21 09:06
楼主的图不靠谱...

作者: ls81250 时间: 2011-10-21 10:15
标记。

作者: fulitun 时间: 2011-10-21 10:26
mark

作者: zzz1367 时间: 2011-10-21 10:33
mark，留着用

作者: wwqq 时间: 2011-10-21 10:59
mark

作者: yuexian85 时间: 2011-10-21 11:07
做个记号学习了

作者: huaxin 时间: 2011-10-21 11:08
http://hi.baidu.com/solank/blog/item/1e12cacb775e248ac91768d5.html

4-20mA电流环，0-5V转4-20mA转换(2010－5－16更新)
2010-04-28 16:30
分立零件+运算放大器兜0～5V转0～20mA

采用双Op，双电源之电流环线路（Op在选用的时候需要输出比较大的电流）
线路没有做过流保护回路，可自行串入过流保护，和接反保护

INA133 组成之0～10V转4～20mA，电流环。然亦可改为0～5V只需修改其求和运算之电阻

0～5V转4～20mA之电流环，下面线路图纸中线路仿真因为修改图片中的数据，故而采用之前0～10之数据，仅仅修改电阻与参考电压之值而已。

～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
转换芯片使用
带有多种保护的V-I转换专用芯片[AM462]
基本功能特点
基本功能特点
单端接地电压信号转换成电流0/4-20mA 输出
集成了多种电路保护功能
集成了可调的恒流源/恒压源

典型应用
• 可调的电压转换电流电路(U/I)
• 可调的恒压/恒流源 (可对外提供)
• 带有保护的电压调整电路
• 对微处理器具有保护功能的输出级 (框架集成电路方案 [1])
• 微处理器的周边电路（供电、保护、工业标准模拟输出）
AM463规格书下载地址
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/197542/AME/AM462.html
4-20mA工业控制应用（视频）
http://focus.ti.com/download/trng/webcasts-cn/TI_Mirror_050607/presentation.htm
RCV420规格书下载地址
http://datasheet.eeworld.com.cn/pdf/96277_BURR-BROWN_RCV420.pdf
XTR101规格书下载地址
http://datasheet.eeworld.com.cn/pdf/69214_BURR-BROWN_XTR101.pdf

、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、

作者: anlianxjl 时间: 2011-10-21 15:18
50L的电路能用吗，我仿真怎么得不到正确结果呢

作者: qwerttt 时间: 2011-10-21 17:15
先mark

作者: hero245 时间: 2011-10-22 15:03
回复【81楼】anlianxjl
50l的电路能用吗，我仿真怎么得不到正确结果呢
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可以能用，我今天才试过。我按上面的电路搭了硬件电路，试了一下。Q1我用的是9013，结果是：负载只能在200欧以下，超过了200欧，到顶端时就上不去了。不知是什么原因？

负载：电流输出mA
1V 2V 3V 4V 4.9V
205欧 4 7.9 11.9 15.9 19.5
250欧 4 7.9 11.9 15.9 18.3
330欧 4 7.9 11.9 15.8 15.8
470欧 4 7.9 11.9 12.8 12.8

下面是protues7.5 的仿真文件
点击此处下载 ourdev_687346S6PWD8.rar(文件大小:23K) (原文件名:电压转电流2.rar)

作者: 781905891 时间: 2011-10-22 15:28
mark

作者: lylatyou 时间: 2011-10-22 15:29
LS的，你电源电压是12V吧？

你算算啊，（250欧 + 470欧） * 20毫安就是 14.4V了，再算上二极管、三极管压降，电源至少得有17V才能拉得动470欧负载，其他阻值的负载同样办法计算。

如果你用24V电源，必须把三极管换成VCEO在40V左右的中功率管子才行，届时带470欧电阻负载无问题。

作者: hero245 时间: 2011-10-22 15:58
是的，是用12V。谢谢。
刚才我用了24V试了一下，三极管还是用9013，用24V后，会将输入拉低。
下周换个三极管试一下。

我再用BCX54代替9013，测试，上24V电源时还是会将输出拉低。
譬如：上电前输入是3.00V的，但转换电路接上24V电源时，输入就变成了2.88V。
用12V供电时不会有这种情况。

作者: lylatyou 时间: 2011-10-22 17:44
输入端的上级最好是低阻抗的，比如运放缓冲。不要用电阻分压，另外上级电路与本电路应严格共GND。

做这个电路运放自身也要能够承受24V电压。用LM358可以，要精度高点的就用我图中那种。

作者: hero245 时间: 2011-10-22 18:54
输入的前级就是一个电压跟随器。输入的地与转换的地接在一起了。
我用的运放是LM2904，不知有没有影响呢？
谢谢了。我基础比较差，请指教。

作者: eblc1388 时间: 2011-10-22 19:58
给楼主的电路做了仿真, 在 20mA 输出时, 负载改变由 1欧至 800欧, 电流相差了 80uA, 是 20mA 的 0.4%。

负载在300-400欧时全段输出误差比较小。

(原文件名:0_20mA_5V.gif)

作者: trent5145 时间: 2011-10-22 22:36
学习了~

作者: suncq 时间: 2011-10-22 23:04
50楼的单路应该能用，有空搭硬件试一下

作者: perfei89 时间: 2011-10-24 17:29
呵呵...根据具体工作环境来使用吧！
LM224在我们的产品上是不能正常工作的！
零漂过大！

作者: frozenwolf 时间: 2012-1-1 23:41
mark

作者: frozenwolf 时间: 2012-1-2 11:21

(原文件名:20ma.png)
这个电路和50楼的电路基本一样，但是多了一个R3的电阻，有点不明白，请高手看下

作者: sunhot 时间: 2012-1-2 13:18
mark!

作者: yujintian 时间: 2012-1-2 14:11
学习！

作者: jack_yu 时间: 2012-1-2 14:57
mark!

作者: frozenwolf 时间: 2012-1-2 15:22

(原文件名:0-20ma.jpg)
网上找的电路，说是再加个运放跟随

(原文件名:fz20ma.JPG)
仿真的电路，似乎比不加运放跟随精度要高，不知道跟随方向对不对。

作者: xrwf_2009 时间: 2012-1-2 15:59
记号

作者: tangwei039 时间: 2012-1-2 17:24
记号

作者: phone 时间: 2012-1-2 17:29
mark

作者: LSZD 时间: 2012-1-2 17:42
回复【73楼】bluehans
mark
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作者: jishanlaike 时间: 2012-1-2 18:01
mark

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