这个才是搞工控的朋友需要的实用的4-20ma电路

lylatyou

(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。

lylatyou

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。

lylatyou

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

lylatyou

可以用，温度范围窄些、精度差些就是了

lylatyou

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。

lylatyou

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。

lylatyou

回复【104楼】eblc1388
回复【98楼】frozenwolf   
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。
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跟随方向正确, 但你做的仿真不正确或仿真软件计算本身有问题。
我【89楼】的电路加了运放跟随後, 误差比不用运放减小了十倍多。  

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加了跟随器后，输出1毫安一下的小电流，精度会变差。



回复【94楼】frozenwolf

(原文件名:20ma.png)
引用图片
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
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加入了与你的图中R4阻值相同的R3后，能够显著提高负载调解率（不同的RL情况下的输出准确度），因为运放两个输入是镜像电流源的缘故，两边反馈要均衡，线性度才好。