4-20mA 经典实用电路（已测试），能否再简化点？

wangshiruyan · 发表于 2011-9-28 12:53:06

(原文件名:4-20mA 经典实用电路.GIF)

此电路已做PCB测试，效果还行

reflecter · 发表于 2011-9-28 12:57:38

搬小板凳来看

wangshiruyan · 发表于 2011-9-28 12:58:44

现在有两个问题：

1：输入信号（V Input）不变，输出接100欧负载和300欧负载时，输出电流电流会有0.08mA左右的偏差
例如：8mA@100欧 7.92@300欧

2：此电路能否在不影响性能的情况下简化（可以换运放）？

wangshiruyan · 发表于 2011-9-28 13:01:17

下面这个电路是我测试过的效果很好的，负载接300欧跟100欧，输出电流没有变化。但是不共地

http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=4906603&bbs_page_no=1&search_mode=3&search_text=wangshiruyan&bbs_id=9999

guantingwei · 发表于 2011-9-28 13:11:20

看一下电流偏差的原因在哪里？什么因素会影响输出的电流。

wangshiruyan · 发表于 2011-9-28 13:12:48

回复【4楼】guantingwei
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我推测是运放的原因，比如输入偏置电流，电压

wangshiruyan · 发表于 2011-9-28 13:14:00

会不会是电阻的偏差？那些100K的电阻是5%的

jielove2003 · 发表于 2011-9-28 13:46:20

mark

jinlinfeng0201 · 发表于 2011-9-28 17:25:13

负载不同时，Q2的基极电流会不同的。

yan13 · 发表于 2011-9-28 17:36:01

这个太复杂了吧。

tingfenghu · 发表于 2011-9-28 19:25:08

mark

eblc1388 · 发表于 2011-9-28 19:38:39

回复【2楼】wangshiruyan
1：输入信号（v input）不变，输出接100欧负载和300欧负载时，输出电流电流会有0.08ma左右的偏差
例如：8ma@100欧 7.92@300欧
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仿真下负载改变并不影响输出电流, 那是因为四个 100K 都没有偏差。

如在其中一个 100K 加入小于1%(0.9K欧)的误差, 电路表现即如你实际所量。

由此可知这四个 100K 需用到 0.1% 的精度, 和你现在用的 5% 相去甚远。

(原文件名:Mismatch.gif)

wangyj173 · 发表于 2011-9-28 21:10:50

多谢

wangshiruyan · 发表于 2011-9-28 22:08:25

回复【11楼】eblc1388
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非常感谢您！！！！

能帮我仿真一下您图中的U2（电压跟随）能省去吗？
您用的是什么软件？看起来很好很强大。

albert_w · 发表于 2011-9-28 22:30:09

分析不出来，只好依次测量取样电阻，跟随器，运放的各点电位来找问题了

eblc1388 · 发表于 2011-9-28 23:04:32

要知道图中的U2（电压跟随）能否省去, 我们就应想想首先为什麽它会存在。

假设我们省去了U2, 当负载由100欧升至300欧, 上图 "D1" 点的电压会由 2.3V 升至 3.9V, 而流经 R5 100K 的电流, 亦从 7.6uA 升上至 15.5uA。

这电流由何而来？答案是经过94欧电流检测电阻而来的, 即是输出电流的一部份。

这亦代表负载电流将会小了大约8uA, 令输出误差加大。但如用电压跟随器, 这额外的电流会改由U2输出提供(因运放输入电流可以忽略), 所以负载电流便不存在这误差。

所以你问题的答案是: 可以省去, 但输出误差增大。

我仿真用的是免费的 LTSpice, 功能并不会比要付费的要差。

LTspice IV 是一款免费的,高性能 Spice III 仿真器 <http://www.linear.com.cn/designtools/software/>

zouyf12 · 发表于 2011-9-28 23:11:22

这个电路采样电阻是哪个？我记得这个电路的原理就是让一个电阻两端的电压等于输入电压，我当时做的时候使用250的电阻，当输入5V时就有20ma的电流，但是LZ的电路没看懂，我的是用用LM358做的，没有输入的跟随器，本来另一个跟随器也不想要的，因为觉得LM358是便宜货，输入和输出不可能完全相等，而且输入电阻有100K所以就没用了，不过后来为了用完358的资源还是加了。。

huayuliang · 发表于 2011-9-28 23:18:19

汗，一个LM324 才多钱？ 1%的电阻都舍不得用？？？

原来这就是中国制造啊。。

suncq · 发表于 2011-9-28 23:47:45

楼主这个电路是自己设计的？还是有出处？

wangshiruyan · 发表于 2011-9-29 01:04:57

回复【15楼】eblc1388
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感谢您细心地指导。

非常正确，我实测也是这样的情况。

能否指明在不加运放跟随的情况下流经R5的电流流向？是经过R6进入了仿真图示的信号源V2吗？

wangshiruyan · 发表于 2011-9-29 01:06:17

回复【18楼】suncq
楼主这个电路是自己设计的？还是有出处？
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从北航出版社的一本书上参考的，主编是何利民，书名忘了。

wangshiruyan · 发表于 2011-9-29 01:08:48

回复【17楼】huayuliang 花生
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实在惭愧，以前没搞过高精度的东西，以后就有经验了，谢谢。

tttt_cn · 发表于 2011-9-29 01:10:15

学习了！

wangshiruyan · 发表于 2011-9-29 01:16:14

还有一个问题，我的信号输入实际上是由PWM方波经RC滤波后获得，因此我的电路加上了电压跟随U4C,“eblc1388”大侠用仿真可以不用。如果实际应用时不加这个电压跟随U4C，效果应该不好吧？我的目的是想用LM358不用LM324，能省就省点，PCB板面积有点小。

eblc1388 · 发表于 2011-9-29 01:51:36

回复【19楼】wangshiruyan
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能否指明在不加运放跟随的情况下流经r5的电流流向？是经过r6进入了仿真图示的信号源v2吗？
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是对的。加与不加运放跟随并没有分别。图中"D2"点电压有2V至4V, 而V2只有0.76V, 所以电流经过 R5 及 R6 进入了仿真图示的信号源V2。

在仿真下, LM324 与 LM358 是同一样的, 我不用 U4C 主要是它不影响仿真结果, 但你的信号输入如实际上是由PWM方波经RC滤波后获得，就必须加上了电压跟随U4C, 这样做目的是要降低讯号源阻抗。否则 R5 及 R6 的电流不能流经一低阻旁路 , 便会做成另一大误差。

mzbhy · 发表于 2011-9-29 08:00:35

码住。

8682661 · 发表于 2011-9-29 09:06:55

学习了~~~感谢

niba · 发表于 2011-9-29 09:11:49

用电吹风吹一下，看看变化有多大

hexiantu · 发表于 2011-9-29 09:44:53

学习了

eworker · 发表于 2011-9-29 09:55:30

回复【24楼】eblc1388
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这位兄弟的模电是如何学的？信手拈来啊！

prozm · 发表于 2011-9-29 10:05:08

mark

sunnyhook · 发表于 2011-9-29 10:16:44

不介意误差的话，去了所有的跟随都没问题。

huayuliang · 发表于 2011-9-29 10:41:37

回复【23楼】wangshiruyan
还有一个问题，我的信号输入实际上是由pwm方波经rc滤波后获得，因此我的电路加上了电压跟随u4c,“eblc1388”大侠用仿真可以不用。如果实际应用时不加这个电压跟随u4c，效果应该不好吧？我的目的是想用lm358不用lm324，能省就省点，pcb板面积有点小。

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如果前级的输出阻抗足够低，可以去掉的缓冲用的跟随器。

phone · 发表于 2011-9-29 11:31:14

先存起来。

albert_w · 发表于 2011-9-29 12:37:10

计算了一下,确实电阻没配平的话,输出电流和运放工作点有关系. 这就是所谓的差分放大电阻失配时的共模误差吧

cjc2010 · 发表于 2011-9-29 12:52:53

mark

hzrobin · 发表于 2011-9-29 21:47:50

楼主，能麻烦给书名说说吗？“从北航出版社的一本书上参考的，主编是何利民，书名忘了”，想看看这本书有这么使用的电路，自己学习一下

wangshiruyan · 发表于 2011-9-29 22:32:21

回复【36楼】hzrobin
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单片机应用技术选编

WOTASOM · 发表于 2011-9-29 23:26:48

这个绝对要标记!

ljgvictory · 发表于 2011-9-29 23:32:13

mark

pldjn · 发表于 2011-9-30 09:27:03

看下AD694的实现原理，可以用简单的双运放来实现。
你在24V下用的话，负载可以在很大范围内变化。

lostmj · 发表于 2011-9-30 10:36:39

mark

haizhilan · 发表于 2011-9-30 11:06:22

很实用的电路！

xwhua188 · 发表于 2011-9-30 14:52:38

这个标记，留着。以待后用！

suncq · 发表于 2011-10-1 09:50:59

楼主能否将书的那两页拍个照片发上来！谢谢！想看看书上是怎么讲的

wy2000 · 发表于 2011-10-1 10:05:05

mark

locky_z · 发表于 2011-10-1 17:08:27

LZ这种电路是用于双向电流源的，并且对电阻匹配精度要求很高

如果只需要单向的压控电流源，用其他电路吧，类似high-side 电流采样电路，输出电流也是共地的。但不用精密匹配电阻

suncq · 发表于 2011-10-1 17:21:40

46楼发个图上来看看，能用在工业上吗？

.oOo. · 发表于 2011-10-1 19:26:51

4～20ma经典电路

huaxin · 发表于 2011-10-1 19:58:14

顶，

kazenoai · 发表于 2011-10-1 20:14:48

这个电路我也使用过，确实电流输出能和电压输入成正比，但是因为在三极管上面的压降太大，导致三极管温度很高，这样的话，三极管很容易损坏，请问一下，楼主会出现这种问题吗？

suncq · 发表于 2011-10-1 22:19:24

50楼：三极管上面的压降有多大？压降随负载变化吗？

xiaosi1102 · 发表于 2011-10-1 23:10:57

记号！

locky_z · 发表于 2011-10-2 09:25:45

回复【47楼】suncq
46楼发个图上来看看，能用在工业上吗？
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(原文件名:未定标题1.png)

简要说明
第一级运放和MOS管作用：
VI转换，R1上电流正比与输入信号V1,而R2电流等于R1,因此R2上电压正比与V1,比例由R1/R2决定
第二级运放和MOS管作用和第一级一样，负载电流等于R3电流，R3电流正比与R2上电压，也就是说负载电流正比输入电压V1。

如果你是单电源供电，那么第一级运放要用单电源运放，例如LM358,因为输入电压允许为0V.
而第二级运放需要用共模输入电压Vicom允许达到Vcc电压的运放，很多JFET输入的运放例如TL071 082 LF356等都满足这个要求
或者你直接用rail-to-rail input的运放就可以了。

如果是双电源供电的话，全部用TL072 TL082就可以了。

这个电路电阻之间不需要精密匹配。

suncq · 发表于 2011-10-2 11:06:55

谢谢53楼的电路和解说，请给出电阻和q1 q2的型号。

781905891 · 发表于 2011-10-8 22:44:12

mark

fjl32741 · 发表于 2011-10-8 22:53:52

您用的是什么仿真软件？看起来可真不错。

MCU678 · 发表于 2011-10-9 00:22:13

mark

justSaar · 发表于 2011-10-9 08:33:38

4-20mA电路 MARkk

klmt · 发表于 2011-10-9 13:28:18

mask

pingpinggu · 发表于 2011-10-9 13:32:45

4-20mA

wangshiruyan · 发表于 2011-10-9 16:48:18

回复【53楼】locky_z
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“locky_z”的电路非常好，本论坛中有一个这样的电路，我找到后，大家一块看看。

wangshiruyan · 发表于 2011-10-9 16:56:49

回复【53楼】locky_z
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U2驱动Q2的时候需要加反向吧？

locky_z · 发表于 2011-10-9 21:37:37

U2是驱动Q2(PMOS)管，R3是接到PMOS管源极

如果Q2是NMOS管，则运放要反转

suncq · 发表于 2011-10-9 22:02:17

locky_z 干脆发个带详细参数的吧！先谢了！

xjmlfm1 · 发表于 2011-10-9 22:27:31

mark 4-20mA

cuikai12345 · 发表于 2011-10-9 22:46:45

mark

fishplj2000 · 发表于 2011-10-10 00:47:39

复杂了，用个431做相应的拓扑恒流源是最便宜和简单的！

wangshiruyan · 发表于 2011-10-10 12:51:39

回复【67楼】fishplj2000
复杂了，用个431做相应的拓扑恒流源是最便宜和简单的！

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精度如何？能否详细点说明？

BXAK · 发表于 2011-10-10 20:00:01

简单恒流源

(原文件名:简易恒流源电路.jpg)

locky_z · 发表于 2011-10-10 21:54:45

LZ要求回复【69楼】BXAK
简单恒流源

(原文件名:简易恒流源电路.jpg)
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LZ要求的实际是压控恒流源，即V->I线性转换
简单用TL431或者晶体管不行的。

53楼电路的原理这么清楚了，还要详细说元件值？
实际制作注意一下运放的选型，

BXAK · 发表于 2011-10-10 22:17:33

回复【70楼】locky_z
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汗，没注意看

gaoyukun · 发表于 2011-10-19 20:53:32

楼主这个是0-5V转4-20mA的？看起来不像啊，你电路图中那两个47欧电阻上的压降就等于输入电压的对吧？

wangshiruyan · 发表于 2011-10-19 22:08:58

回复【72楼】gaoyukun
楼主这个是0-5v转4-20ma的？看起来不像啊，你电路图中那两个47欧电阻上的压降就等于输入电压的对吧？
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不是0-5V。Vin=（4-20）mA*47欧

gaoyukun · 发表于 2011-10-22 23:56:46

回复【73楼】wangshiruyan
回复【72楼】gaoyukun
楼主这个是0-5v转4-20ma的？看起来不像啊，你电路图中那两个47欧电阻上的压降就等于输入电压的对吧？
-----------------------------------------------------------------------
不是0-5v。vin=（4-20）ma*47欧
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两个47欧上的压降就是输入电压Vin吧？那0V时，应该没有电流才对。。求解释

gaoyukun · 发表于 2011-10-23 00:06:13

回复【73楼】wangshiruyan
回复【72楼】gaoyukun
楼主这个是0-5v转4-20ma的？看起来不像啊，你电路图中那两个47欧电阻上的压降就等于输入电压的对吧？
-----------------------------------------------------------------------
不是0-5v。vin=（4-20）ma*47欧
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我懂楼主的意思了，你这个输入电压范围就是（4-20）*94欧，没有0V输入的情况。。那0V输入的时候没电流的对吧

wangshiruyan · 发表于 2011-10-23 00:37:45

回复【75楼】gaoyukun
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是的

googse · 发表于 2011-10-28 14:15:34

标记次

zhengdahe · 发表于 2011-10-28 14:19:25

MARK

zhengdahe · 发表于 2011-10-28 15:09:09

请问R2为啥取94，不应该是100吗

mcu5i51 · 发表于 2011-10-28 16:33:39

感觉电路精度不会太高；
1.运放直接接在24V和GND，此电流会随电压而变化；
2.运放选择324，低成本；可是温度漂移严重，达到高精度需要复杂的补偿；
3.晶体管发射极采样电流，会将B极电流算进去，这个误差和HFE有关，需要高增益或复合管；

GNMXD · 发表于 2011-10-28 17:30:46

看看

gaoyukun · 发表于 2011-11-1 12:00:15

回复【80楼】mcu5i51 学途浪子
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同意，普通的管子会考虑到ib

zwdxsky · 发表于 2011-11-4 13:30:14

马克

meyong08 · 发表于 2011-11-9 12:36:38

学习一下

redroof · 发表于 2012-1-17 13:30:55

楼主位的电路不必用三极管扩流，普通324或358的输出电流都可以达到30mA以上，我实测过。把运放1脚直接连到R29上端，去掉R26和Q2就行了。
这个电路唯一的缺点就是需要4个千分之一的匹配电阻（电阻的值不重要，重要的是必须精确匹配），这一点比较烦人~

47楼的电路不需要匹配电阻，但是要一个NMOS，一个PMOS，还得一个VCC入VCC出的运放，东西也不少

DLPIC · 发表于 2012-1-17 14:36:00

这个电路图做了一下仿真，如果运放使用LM358 负载每变化100，电流变化0.004mA,如果运放使用OP07，负载每变化100，电流变化0.0001mA,这说明使用精密运放输出电流更稳定。另外，在实际应用中，精密单电源运放使用TLC2272不知道怎么样

redroof · 发表于 2012-1-17 15:39:14

回复【86楼】DLPIC
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仿真的时候改一下仿真运放的VOS，就可以看到这个效果了。

楼主的电路是一个经典的电路，如果运放VOS＝0并且4个匹配电阻精确的两两匹配，输出是完全恒流的。
这个电路实际误差最大的地方是匹配电阻，不是运放VOS（即使只用最便宜的324/358）
相对于低档运放来说，千分之一的电阻可不便宜

cyq001 · 发表于 2012-1-17 16:26:40

学习一下

gxy508 · 发表于 2012-1-19 14:03:33

mark

zenboys · 发表于 2012-1-20 14:29:18

好多模电高手啊，实在惭愧，MARK 4-20MA

dich0818 · 发表于 2012-1-26 19:42:02

我感觉已经很好了，呵呵

jinniuxing88 · 发表于 2012-2-16 18:50:10

学习了，这几天也正在为这个问题苦恼，

feinan · 发表于 2012-2-22 22:18:04

MARK

w_ang · 发表于 2012-2-23 09:55:05

4-20mA电流环.标记

meirenai · 发表于 2012-2-28 10:42:39

电流环

cgh45720497 · 发表于 2012-3-1 20:38:03

http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=4906603&bbs_page_no=1&search_mode=3&search_text=wangshiruyan&bbs_id=9999 这个更好点。

jinniuxing88 · 发表于 2012-3-5 13:23:38

我在实际制作的过程中，电阻是5%的，LM324运放，负载RL是从0~10k变化，电流一直在变动，是不是负载只能在一定的范围内变化，

eblc1388 · 发表于 2012-3-5 13:55:38

请楼上自己算一下在电流 20mA 时, 10K 负载两端有多小电压？

gianttank · 发表于 2012-3-5 15:34:40

记号一下

4-20mA 经典实用电路（已测试），能否再简化点？

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