实用：PWM转4-20mA电路（智能仪表上的电路）

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 08:32:26

(原文件名:PWM 4-20mA.GIF)

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 08:40:15

昨天去买了一个智能表，拆了，研究了一下里面的模拟量（4-20mA）输出部分的电路。
请高手分析其原理：
1：下面的两个4148做什么用？
2：Q1三极管为什么是那样接？目的不就是让后面的MOS管完全导通或截至吗？
3：经我实测，PWM的频率是200HZ，占空比和输出电流（运放3脚电压）是线性关系吗？
4：R10为什么不是对地接？

luzj05 · 发表于 2011-7-25 09:18:22

坐等高手解答

eworker · 发表于 2011-7-25 09:21:18

回复【1楼】wangshiruyan
-----------------------------------------------------------------------

坐等高手解答

xtaens · 发表于 2011-7-25 09:24:56

等待高手!!!!

sl961102 · 发表于 2011-7-25 09:54:09

等高手。

jyjmaster · 发表于 2011-7-25 09:56:52

等待。。。

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 10:01:38

我测试过，这个输出电流很准的，千分之三的误差

fanwt · 发表于 2011-7-25 10:11:55

4-20mark

ibichao · 发表于 2011-7-25 10:12:26

这个电路有点问题，是不是没测好？当EL817导通时，16V的电压直接通过9014的基极到集电极再到地，这样9014会挂掉，不挂，16V的电压也被拉到地。这个电路没测好，LZ回去再好好测测。

a105 · 发表于 2011-7-25 10:22:01

两个4148是提高电压作用吧，U3运放的2.3脚输入是以两个4148的电压为基准的。

zhaohui293 · 发表于 2011-7-25 10:23:23

mark

lych9139 · 发表于 2011-7-25 10:27:14

我的理解：
1：下面的两个4148做什么用？
为运放提供输入的偏置电压，因为op07输入不能到地。

2：Q1三极管为什么是那样接？目的不就是让后面的MOS管完全导通或截至吗？
我认为绘图有误。要么Q1的c极应接电源；要么Q1的C、E搞反了（当然反着也能用）。

3：经我实测，PWM的频率是200HZ，占空比和输出电流（运放3脚电压）是线性关系吗？
我认为不是线性关系，因为充放电回路不同。

4：R10为什么不是对地接？
同原因1，实际相当于接到虚地。

另外我认为，EL817的开关速度对精度影响很大。
　

suncq · 发表于 2011-7-25 10:35:01

等着看结果。一般这种好像大家都看不懂的电路，才是真正的工业上的实用电路，而那种一看就能说出原理，写出公式来的，都是从教科书上来的，教授专家们用来讲课忽悠学生的，我是一般不敢用。

suncq · 发表于 2011-7-25 10:37:07

另外请问楼主，这个电源怎么是固定16V,工业应该是24V(有时高达36V）。

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 10:37:08

图中TL431的作用是？

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 10:39:12

等大家讨论完这个电路的原理后我会再上4-20mA转电压的原理图，我测过，也是非常准

BBQ1215 · 发表于 2011-7-25 10:40:54

MARK.

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 10:42:27

回复【12楼】lych9139
我的理解：
1：下面的两个4148做什么用？
为运放提供输入的偏置电压，因为op07输入不能到地。
------------------------------------------------------
我也是这样理解
-------------------------------------------------------
2：q1三极管为什么是那样接？目的不就是让后面的mos管完全导通或截至吗？
我认为绘图有误。要么q1的c极应接电源；要么q1的c、e搞反了（当然反着也能用）。
3：经我实测，pwm的频率是200hz，占空比和输出电流（运放3脚电压）是线性关系吗？
我认为不是线性关系，因为充放电回路不同。
------------------------------------------------
同意
------------------------------------------------
4：r10为什么不是对地接？
同原因1，实际相当于接到虚地。
-----------------------------------------------
分析的有道理
----------------------------------------
另外我认为，el817的开关速度对精度影响很大。
-----------------------------------------
频率不高，817可以担当

　
-----------------------------------------------------------------------

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 10:42:42

回复【12楼】lych9139
我的理解：
1：下面的两个4148做什么用？
为运放提供输入的偏置电压，因为op07输入不能到地。
------------------------------------------------------
我也是这样理解
-------------------------------------------------------
2：q1三极管为什么是那样接？目的不就是让后面的mos管完全导通或截至吗？
我认为绘图有误。要么q1的c极应接电源；要么q1的c、e搞反了（当然反着也能用）。
3：经我实测，pwm的频率是200hz，占空比和输出电流（运放3脚电压）是线性关系吗？
我认为不是线性关系，因为充放电回路不同。
------------------------------------------------
同意
------------------------------------------------
4：r10为什么不是对地接？
同原因1，实际相当于接到虚地。
-----------------------------------------------
分析的有道理
----------------------------------------
另外我认为，el817的开关速度对精度影响很大。
-----------------------------------------
频率不高，817可以担当

　
-----------------------------------------------------------------------

huayuliang · 发表于 2011-7-25 11:12:44

TL431这么用，只能工作在较低的频率上。

Q1 那里肯定是画错了。。

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 11:12:57

回复【14楼】suncq
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这个电压与输出的配接的4-20mA接受装置的输入阻抗有关系。
我买的这个仪表已经标识：接受装置的阻抗《=550欧

550欧*20mA=11V

16V足够了

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 11:16:02

回复【20楼】huayuliang 花生
tl431这么用，只能工作在较低的频率上。
q1 那里肯定是画错了。。
-----------------------------------------------------------------------

开始我也以为画错了，不过确实没画错。

还有一个可能，这个管子的型号错了，应该是PNP的

三极管上标的是J6

gusigusi · 发表于 2011-7-25 11:18:53

4-20mark

xingliu · 发表于 2011-7-25 11:44:09

mark

huayuliang · 发表于 2011-7-25 11:44:55

俺仿真了下。。。

R2 的阻值应该是6800吧？680的话，Q2栅极的波形不对。

修改下：
R2的阻值没错，Q1 应该是PNP管，发射极接地！

学习了。。发射极接地的方法要比集电极接地的方法好～

rlogin · 发表于 2011-7-25 11:50:00

Q1没有弄错,反过来接,饱和导通电压降很小,可以到0.05V

jielove2003 · 发表于 2011-7-25 11:54:27

学习了

huayuliang · 发表于 2011-7-25 11:56:05

回复【26楼】rlogin
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俺已经仿真证实了，Q1应该是PNP管，发射极接地。

rlogin · 发表于 2011-7-25 11:57:16

坐等 4-20mA转电压源的

huayuliang · 发表于 2011-7-25 11:59:12

三极管两种不同接法的仿真及波形。
注意看波形的下降沿。。

(原文件名:2011-07-25 11 56 59.png)

(原文件名:2011-07-25 11 57 35.png)

200Hz 下，这个电路需要0.5s才能稳定。

zhuyi25762 · 发表于 2011-7-25 12:19:13

等待转电压型

huayuliang 花生　大侠你用什么仿真软件，我用protues 和Multisim 11.0　仿真和实际都有很大出入

jlhgold · 发表于 2011-7-25 12:29:38

mark

lihuyong · 发表于 2011-7-25 12:32:24

mark

huayuliang · 发表于 2011-7-25 12:43:42

回复【31楼】zhuyi25762
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哈哈，micro-cap 9.0，很好用。。。俺在仿真版块上传过。

刚做了动态直流分析，这个电路很不错。频率可以到1kHz，恒流源部分变动在0.05mA，已经能满足要求了。
100ohm负载下，50%占空比时输出49.887mA，不过负载范围不大，小于230ohm。

似乎还有个缺陷，输出的电流有纹波。这也是俺以前没注意的。看来滤波电路得处理下。

(原文件名:2011-07-25 12 44 06.png)

canberry00 · 发表于 2011-7-25 12:56:58

mark

hlswx · 发表于 2011-7-25 13:03:20

MARK

lych9139 · 发表于 2011-7-25 13:03:35

回复【30楼】huayuliang 花生
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你的光耦接法与lz图不同，因此波形好坏一说不能成立。

Adrian · 发表于 2011-7-25 13:07:51

mark。

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 13:20:15

回复【26楼】rlogin
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我赞同

huayuliang · 发表于 2011-7-25 13:22:59

回复【37楼】lych9139
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暴汗。。。画错了！！！

俺最近真..........

多谢了。。

不过发现如果按原图的接法。。反而不好，俺再看看。

wanyou132 · 发表于 2011-7-25 13:23:29

mark

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 13:26:54

几个很重要问题，占空比和输出电流是线性吗？
1：若不是，如何补偿？
2:0-1000对应输出的电流都很准，怎么做到的？PWM占空比的分辨率至少1024吧？

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 13:28:18

奥，忘了告诉大家了，图上所有电容参数都是我随手写的，还没测，过会想办法测测！！

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 13:30:57

回复【30楼】huayuliang 花生
三极管两种不同接法的仿真及波形。
注意看波形的下降沿。。

(原文件名:2011-07-25 11 56 59.png)
引用图片

(原文件名:2011-07-25 11 57 35.png)
<center><a class=tt16 onclick="fnquickimagequote(this,'fil......
-----------------------------------------------------------------------

可以给个破_解版下载的连接吗?谢谢了

yondyanyu · 发表于 2011-7-25 13:31:38

Mark

voval · 发表于 2011-7-25 13:31:41

mark~

huayuliang · 发表于 2011-7-25 13:37:45

回复【44楼】wangshiruyan
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仿真版块里有。。。。。。。。。。

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 13:42:08

回复【25楼】huayuliang 花生
俺仿真了下。。。
r2 的阻值应该是6800吧？680的话，q2栅极的波形不对。
修改下：
r2的阻值没错，q1 应该是pnp管，发射极接地！
学习了。。发射极接地的方法要比集电极接地的方法好～
-----------------------------------------------------------------------

电阻上标识：681

lych9139 · 发表于 2011-7-25 13:47:10

关于Q1是PNP还是NPN，我认为没有必要争论。
楼主用万用表量量就知道了。

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 13:53:22

回复【49楼】lych9139
关于q1是pnp还是npn，我认为没有必要争论。
楼主用万用表量量就知道了。
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昨晚就测了，是NPN的，标识：J6

lych9139 · 发表于 2011-7-25 14:07:23

这就对了。

关于Q1和R2：
R2为680欧姆，电压为16V，计算下光耦导通电流达20多mA。考虑到光耦的驱动能力和电流传输比，实际输出的电流肯定达不到这么大。那么R2上的电压也就不会达到16V。实际上R2的电压也不可能达到16V，因为它等于Q2的发射极电压，即光耦的输出电流大部分都变成了Q1的Ib。因此，没有R2电路也能工作。R2为Icb0提供了泄放通道。

如果Q1为PNP管，电路将不能正常工作。

BBQ1215 · 发表于 2011-7-25 14:12:02

学习了

hexenzhou · 发表于 2011-7-25 14:14:11

很高深啊，不懂。

wpnx · 发表于 2011-7-25 14:16:22

mark

albert_w · 发表于 2011-7-25 14:31:31

这个电路用了mos管，最后恒流源可能振荡，没看到外加的超前补偿

zjy9430 · 发表于 2011-7-25 14:40:58

也关注下模电,留个记号

ht203 · 发表于 2011-7-25 15:12:44

mark

wangshiruyan · 发表于 2011-7-25 17:50:28

回复【55楼】albert_w
这个电路用了mos管，最后恒流源可能振荡，没看到外加的超前补偿
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我看见板子上有2个件没焊，能说一下补偿的方式吗？

huayuliang · 发表于 2011-7-25 18:01:24

回复【51楼】lych9139
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PNP 也能工作。。

xml2028 · 发表于 2011-7-25 20:13:26

Q1为PNP才行得通，利用BC间的二极管，
至于花生仿真出来的图，用BC的二极管与用BE的二极管差异为啥这么大要分析下，暂时我也没办法解释。。。

xml2028 · 发表于 2011-7-25 20:17:47

一般三极管当做二极管用有很好的频率特性，一般用BC之间的二极管，曾在高频毫伏表里看到检波用的二极管就是用的三极管的BC极来用的

xml2028 · 发表于 2011-7-25 20:20:00

所以，R2为680欧，这样通过它上面的电流形成的压降差不多为一个二极管的压降，所以Q2不导通

cqfeiyu · 发表于 2011-7-25 20:43:51

假如光耦导通,Q1岂不洗白

Onsunsl · 发表于 2011-7-25 20:58:53

图挂了

albert_w · 发表于 2011-7-25 21:16:32

就是反相输入和输出之间加入一个电容

jiabin1024 · 发表于 2011-7-25 21:26:12

图纸看不清楚，先mark

steven · 发表于 2011-7-25 21:46:14

mark too...

zhangjinxing · 发表于 2011-7-25 21:59:46

楼上的这个PWM图我也拆过，的确Q1是npn的，这种PWM转DA大约有0.2﹪的非线性度

vermon · 发表于 2011-7-25 23:36:05

先记号以前做过一个很复杂这个电路简单

cuikai12345 · 发表于 2011-7-26 01:12:52

mark

wangshiruyan · 发表于 2011-7-26 07:52:31

回复【68楼】zhangjinxing
楼上的这个pwm图我也拆过，的确q1是npn的，这种pwm转da大约有0.2﹪的非线性度
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是的

wangshiruyan · 发表于 2011-7-26 08:08:39

那位能否分析总结一下这个电路：PWM占空比与输出电流之间的关系？
最好能分析出一个公式，我有硬件，可以测试一下。

理论是要服务实践的。

xml2028 · 发表于 2011-7-26 08:39:38

汗，占空比就能得到滤波后的平均电压，这个电压除以取样电阻就是你的电流

albert_w · 发表于 2011-7-26 08:45:50

非线性误差主要受波形边沿速度影响吧，后面rc实际就是积分电路。

wangshiruyan · 发表于 2011-7-26 09:30:40

回复【73楼】xml2028 收音机
汗，占空比就能得到滤波后的平均电压，这个电压除以取样电阻就是你的电流
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假若我的占空比（高电平时间）是X 输出电流是Iout
Iout=(X*2.5V)/50欧

是这样一个关系吗？

dreampet · 发表于 2011-7-26 10:01:30

把图转换并简化一下，就很清晰了，其实就是一个简单的恒流源。

(原文件名:PWM2CUR.JPG)

wangshiruyan · 发表于 2011-7-26 10:19:30

回复【76楼】dreampet 原野
把图转换并简化一下，就很清晰了，其实就是一个简单的恒流源。

(原文件名:pwm2cur.jpg)
引用图片

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TL431在此电路中起什么作用？

albert_w · 发表于 2011-7-26 13:15:29

回复【77楼】wangshiruyan
回复【76楼】dreampet 原野
把图转换并简化一下，就很清晰了，其实就是一个简单的恒流源。

(原文件名:pwm2cur.jpg)
<a class=tt16 onclick="fnquickimagequote(this,'files_43/ourdev_661136aaf8o0.jpg','原文件名:pwm2cur.jpg')" href="###">引用图片
-----------------------------------------------------------------------
tl431在此电路中起什么作用？
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让方波(矩形波?)上下沿之间是精确的恒定电压,否则上沿是vcc,滤波出来就不稳定了. ---就是对基准用PWM的办法调制获得需要的电压. 高精度基准都有这么干的,so,这个办法还是不错的

lych9139 · 发表于 2011-7-26 13:26:00

回复【76楼】dreampet 原野
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你这个头像，俺也有。

ptz19861212 · 发表于 2011-7-26 14:09:49

MARK

wangshiruyan · 发表于 2011-7-26 16:03:50

假若我的占空比（高电平时间）是X 输出电流是Iout
Iout=(X*2.5V)/50欧

是这样一个关系吗？
　
我要做到千分之三的误差之内，PWM的分辨率要多少呢？

ranqling · 发表于 2011-7-27 15:18:37

mark

ranqling · 发表于 2011-7-30 15:37:35

怎么没有下文了 LZ图上的电容值测了吗

win100 · 发表于 2011-7-30 15:56:11

用这个电路可以省掉负电源~~~~用的是非轨到轨运放的话。

wangshiruyan · 发表于 2011-8-1 11:18:28

点击此处下载 ourdev_663117F2NJCP.pdf(文件大小:232K) (原文件名:PWM 4-20mA.pdf)

wangshiruyan · 发表于 2011-8-1 11:19:34

实测电路元件参数 87楼

nicksean · 发表于 2011-8-1 13:09:57

mark!

zhtank · 发表于 2011-8-2 09:32:08

回复【88楼】wangshiruyan
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根据最新的参数用multisim 11仿真，发现该电路非线性，占空比从1%--50%输出电流基本不变。另发现MOS管的选型对电流的输出变化影响也很大。用BSS129最大输出可达23mA,换成BSS135最大只可输出1mA。
还没来得及搭实际电路，不知道是仿真的问题还是实际电路的问题。
最新参考值multisim仿真ourdev_663414UZCFD1.rar(文件大小:585K) (原文件名:PWM转4_20mA.rar)

albert_w · 发表于 2011-8-2 09:54:08

回复【90楼】zhtank
回复【88楼】wangshiruyan
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根据最新的参数用multisim 11仿真，发现该电路非线性，占空比从1%--50%输出电流基本不变。另发现mos管的选型对电流的输出变化影响也很大。用bss129最大输出可达23ma,换成bss135最大只可输出1ma。
还没来得及搭实际电路，不知道是仿真的问题还是实际电路的问题。
最新参考值multisim仿真 (原文件名:pwm转4_20ma.rar)

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自己动手仿真是个好习惯, 但也要动脑啊,分割一下问题,是不是PWM没有送到431上面去? 前面这个NPN本身有争议,你可以实验确定到底什么管子,怎么接.
把各点的PWM弄出来,RC后面的电压弄出来.

wangshiruyan · 发表于 2011-8-3 08:35:25

回复【91楼】albert_w
回复【90楼】zhtank
回复【88楼】wangshiruyan
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根据最新的参数用multisim 11仿真，发现该电路非线性，占空比从1%--50%输出电流基本不变。另发现mos管的选型对电流的输出变化影响也很大。用bss129最大输出可达23ma,换成bss135最大只可输出1ma。
还没来得及搭实际电路，不知道是仿真的问题还是实际电路的问题。
最新参考值multisim仿真 (原文件名:pwm转4_20ma.rar)
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自己动手仿......
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有道理。
仿真得来终觉浅，觉知此事须实践。

zkcheng606 · 发表于 2011-8-3 09:03:49

mark 学习了。

wwwjjjwww · 发表于 2011-8-3 09:27:27

这个不好用，我有更好的。呵呵。

embeddev · 发表于 2011-8-3 10:01:08

mark!

ranqling · 发表于 2011-8-3 16:18:12

回复【93楼】zkcheng606
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这个不好用，我有更好的。呵呵。
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何不大家分享分享

wangshiruyan · 发表于 2011-8-3 16:57:27

回复【96楼】ranqling
回复【93楼】zkcheng606
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这个不好用，我有更好的。呵呵。
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何不大家分享分享

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同意

sync765 · 发表于 2011-8-3 19:01:09

不知最后确定的电路是怎样的
关注

renshuang · 发表于 2011-8-3 19:59:49

PWM信号直接给运放不就行么

suncq · 发表于 2011-8-4 00:17:02

回复【94楼】wwwjjjwww
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怎么光说不练啊！还是要付费？

wwwjjjwww · 发表于 2011-8-4 12:23:32

产品上用的，不能公开呀，不过这个确实有问题，两个沿不对称，导致非线性不好。

实用：PWM转4-20mA电路（智能仪表上的电路）

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