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OP07組成的4-20mA輸入/5V輸出的I/V轉(zhuǎn)換電路

日期:2025-04-17 11:36
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摘要:
OP07組成的4-20mA輸入/5V輸出的I/V轉(zhuǎn)換電路
電路是一種被推薦使用的較好線路,,首先,對運放的供電采用了由DIP封裝的TL431組成的高精度穩(wěn)壓電路,,這種TL431采用DIP8封裝,,耗散功率達到1W,更改供電電壓只需更換分壓電阻就可以輕易辦到,。其次,,運算放大器選擇使用的是高精度低失調(diào)的OP07,其參數(shù)指標(biāo)大大優(yōu)于普通廉價運放,。*為關(guān)鍵的是在對零點信號的處理上,,可以保證輸入4mA的時候,運放ICC的輸出電壓等于零,。


 分析一下這部分電路的工作原理:運放ICD的同相輸入端電壓由經(jīng)過TIA31穩(wěn)壓后的負電源提供,,它通過R15與R14的分壓,取R14上的電壓與R10 上在4mA時的電壓一樣,然后,,經(jīng)過運放的緩沖,,從運放輸出接有一只PNP型三極管用于擴展輸出能力,實際這是一個典型的運算放大器穩(wěn)壓電源,,其輸出將跟隨著運放同相端的電壓,,可以從接近零的電壓起調(diào)。
    R10就是4~20mA的I/V轉(zhuǎn)換電阻,,按照上述道理,,由于運放的作用,這個電阻的*小取值可以很小,,電阻越小越能減輕前方傳感變送器的供電要求,。
    正是考慮到傳感變送器屬于一種遠傳信號的使用環(huán)境,為了防止引入干擾信號,,加有輸入濾波電容器C0和兩只1N4148二極管對輸入信號可能出現(xiàn)的危險電壓進行保護,。
例如:
    取R10=25Ω,4mA時,,其壓降=0.1V,,把ICD的同相端輸入電壓配置為負的0.1V,這樣,,輸入信號的0.1V與這個I/V配置的負0.1V恰好互相抵消,,ICC輸出將是零電壓。隨著輸入電流的增大,,如果輸入電流是5mA,,I/V轉(zhuǎn)換電壓將是0.125V……如果輸入電流是20mA,I/V取樣電壓就是500mV,。這樣,,我們可以把這個電壓放大10倍得到5V滿度輸出,或者放大20倍得到10V滿度輸出,。為了方便工程上的工作方便,,減少同時手續(xù),對R10,、R15,、R14、R01,、R02等重要電阻,,必須選擇其精度0.1%的E96分度的金屬膜電阻,其溫度漂移參數(shù)*好能夠不大于50ppm,。
    許多傳感器變送器輸入標(biāo)注著4~20mA的輸出指標(biāo),,可是,,在實際上,這些參數(shù)都是不夠**的,,包括一些進口傳感交送器,,實際測試零點電流有誤差高達18%的,即標(biāo)稱的4mA變成了3.3mA或4.7mA,,這時候,,就需要進行零點調(diào)整。在零點調(diào)整的時候,,需要注意,,R10與R14原來是1:4的關(guān)系,是因為它們流過的電流恰好是4:l的關(guān)系,。因此,,如果需要調(diào)整零點電壓的時候,千萬不要再動R10與R14,,而應(yīng)該在零點調(diào)整時更改R15,在滿度調(diào)整時更改 R01,。
    在工程上,,人們往往會采取比較快捷的工程應(yīng)用方法而不是理論推導(dǎo)來完成任務(wù),因為在選擇元器件時,,就往往無法按照計算好的數(shù)值去購買,,只能從標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的品種里頭去選擇搭配,而且,,在調(diào)試時,,也不可能按照理論計算的數(shù)值去測量,尤其當(dāng)計算結(jié)果帶著超過4位小數(shù)以上時.對所使用的儀表就會要求很高,,成為"雞蛋里頭挑骨頭了",。我們可以通過一個實際例子來說明這種電路的調(diào)試過程。
    首先,,必須把實際的傳感交送器拿到手并且進行實際的測量,,例如測量到的數(shù)據(jù)為:零點電流=4.25mA,滿度電流=20.5mA,。然后,,根據(jù)*大輸入電流的實際數(shù)值來求出*大輸入電壓:20.5mA時R10上的電壓就是:20.5×25=512.5mV,其次求出零點電壓:4.25×25=106.25mV,。
    完成上面的簡單計算后,,接著,對電路的參數(shù)進行調(diào)整,,零點的時候調(diào)整R15,,滿度的時候調(diào)整R01。按照說明提到過得,ICD的同相輸入電壓等于零點時R10上的電壓,,可以求出:R15=(2500-106.25)/(106.25/100)=2.25KΩ,。R01=[5000/(512.5-106.25)-1]×1=11.3l等于(5000是滿度輸出電壓,512.5是滿度輸入電壓,,106.25是零點輸入電壓,,-1是因為同相放大器會自然+1,-1是因為R02=1KΩ),。
    驗算一下:
    零點電流輸入時,,輸入電壓為:4.25×25=(2.5×100)/(225+100),結(jié)果:106.25=106.4,,誤差:0.0014,。滿度電流輸入時的滿度輸出電壓:(20.5×25-106.4)×(1 1.31/1+1)=4999.09,誤差:0.00018,。
    上面的計算和對電阻的取值都省略了小數(shù)點后多于3位的數(shù)字,,因為實用中已經(jīng)不夠現(xiàn)實了。就目前的數(shù)值而言,,在實際應(yīng)用中也可以滿足許多較高精度測量的要求了,。
提示:
1.       運算放大器OP-07本身在零電壓輸而輸出不為零時,可以在其1PN8P上連接微調(diào)電位器進行靜態(tài)零點調(diào)整,,也可以在零點電流輸入時一并處理,。
2.       由ICA和ICB組成的高精度穩(wěn)壓電源,其輸出電壓應(yīng)該大于主電路要求的滿度輸入電壓至少3V以上,,這時候,,不能使用T902小功率封裝的TL431來替換本電路DIP8封裝的TL431。
3.       當(dāng)需要本電路處理其他非4~20mA輸入的信號時,,可以去掉R10,,這時候,利用OP-07的優(yōu)良性能和供電電源的高精度,,作為通用放大器來使用,。也是非常理想的。

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