CN109683650A - 电压转4-20mA电流的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电压转4‑20mA电流的电路，涉及电压转电流的技术领域，包括：运算放大器U1、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、二极管D1以及三极管Q1；所述电阻R11一端连接输入电压V0，另一端连接所述运算放大器U1的反相输入端；所述电阻R12一端连接所述运算放大器U1的正相输入端，另一端接地；所述电阻R13一端连接所述运算放大器U1的反相输入端，另一端连接二极管D1的阳极；所述电阻R14一端连接所述运算放大器U1的正相输入端，另一端连接三极管Q1的发射极；所述电阻R15一端连接所述运算放大器U1的输出端，另一端连接三极管Q1的基极；所述电阻R16一端连接三极管Q1的发射极，另一端连接二极管D1的阳极。本发明的电路，其结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及电压转电流的技术领域，具体涉及一种电压转4-20mA电流的电路。
背景技术
在工业控制现场，需要将系统各个环节的相关信息通过仪表显示出来，便于直观的观察监控，判断系统是否运行正常，而现场安装的仪表一般离主控设备距离较远，如果采用电压信号进行传输，由于传输线路上存在分布电阻，电压信号在传输的过程中会有一定衰减，同时在传输线路上也会受到噪声的干扰，对显示结果造成很大的误差。电流信号在传输线路上抗干扰能力强，也不会在传输线路上产生电压降，很好的避免了上述问题。所以，4-20mA电流信号成为了工业现场主流的信号传输方式。
现有4-20mA电流信号的产生方案一般是采用集成芯片方案，芯片输入是电压，芯片输出是电流，但是这种集成芯片的价格比较昂贵，不利主控设备实现量产，限制了其在低成本设备中的应用。并且，该方案输入与输出没有实现电气隔离，由于工控现场一般比较复杂，如果现场仪表出现比较严重的问题时，也会损坏主控设备。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电压转4-20mA电流的电路，其结构简单，成本低。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种电压转4-20mA电流的电路，用于将输入电压V0转化为4-20mA电流输出给负载，包括：运算放大器U1、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、二极管D1以及三极管Q1；
所述电阻R11一端连接输入电压V0，另一端连接所述运算放大器U1的反相输入端；
所述电阻R12一端连接所述运算放大器U1的正相输入端，另一端接地；
所述电阻R13一端连接所述运算放大器U1的反相输入端，另一端连接二极管D1的阳极；
所述电阻R14一端连接所述运算放大器U1的正相输入端，另一端连接三极管Q1的发射极；
所述电阻R15一端连接所述运算放大器U1的输出端，另一端连接三极管Q1的基极；
所述电阻R16一端连接三极管Q1的发射极，另一端连接二极管D1的阳极。
在上述技术方案的基础上，所述电阻R11和输入电压V0之间设有一光电耦合隔离电路，所述光电耦合隔离电路包括：运算放大器U2、光电耦合器U3、运算放大器U4、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26以及三极管Q2；
所述光电耦合器U3包括发光二极管D2、光敏二极管D3以及光敏二极管D4；
所述电阻R21一端连接输入电压V0，另一端连接所述运算放大器U2的反相输入端；
所述电阻R22一端接地，另一端连接所述运算放大器U2的正相输入端；
所述电阻R23一端连接运算放大器U2的输出端，另一端连接所述三极管Q2的基极；
所述发光二极管D2的阳极连接所述电阻R24，所述发光二极管D2的阴极连接所述三极管Q2的发射极；
所述光敏二极管D3的阳极接地，所述光敏二极管D3的阴极连接所述运算放大器U1的反相输入端；
所述光敏二极管D4的阳极接地，所述光敏二极管D4的阴极连接所述运算放大器U4的反相输入端；
所述电阻R25一端连接所述运算放大器U4的反相输入端，另一段连接所述运算放大器U1的反相输入端；
所述电阻R26一端接地，另一端连接所述运算放大器U1的正相输入端。
在上述技术方案的基础上，所述光敏二极管D3和光敏二极管D4感应的电流相等。
在上述技术方案的基础上，所述光电耦合器U2为线性模拟光电耦合器。
在上述技术方案的基础上，所述电阻R12的接地极与所述电阻R22和电阻R26的接地极不同。
在上述技术方案的基础上，所述光敏二极管D3阳极的接地接地极与所述光敏二极管D4阳极的接地极不同。
在上述技术方案的基础上，所述电阻R11和电阻R12的阻值相等。
在上述技术方案的基础上，所述电阻R13和电阻R14的阻值相等。
在上述技术方案的基础上，所述输入电压V0为1.25～6.25V。
在上述技术方案的基础上，所述电路还设有电源V1，所述电源V1与所述电阻R24连接，所述电源V1与所述三极管Q1的集电极连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的电压转4-20mA电流的电路，通过一个运算放大器U1、一个三极管Q1以及多个电阻，就能将1.25～6.25V的电压转4-20mA电流，电路结构简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例中电压转4-20mA电流的电路的结构示意图；
图2为本发明实施例中光电耦合隔离电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种电压转4-20mA电流的电路，用于将输入电压V0转化为4-20mA电流输出给负载，具体地，本发明实施例中的输入电压V0为1.25～6.25V。本发明实施例的电路包括：运算放大器U1、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、二极管D1以及三极管Q1；电阻R11一端连接输入电压V0，另一端连接运算放大器U1的反相输入端；电阻R12一端连接运算放大器U1的正相输入端，另一端接地；电阻R13一端连接运算放大器U1的反相输入端，另一端连接二极管D1的阳极；电阻R14一端连接运算放大器U1的正相输入端，另一端连接三极管Q1的发射极；电阻R15一端连接运算放大器U1的输出端，另一端连接三极管Q1的基极；电阻R16一端连接三极管Q1的发射极，另一端连接二极管D1的阳极。具体地，本发明实施例中的电阻R11和电阻R12的阻值相等，电阻R13和电阻R14的阻值相等。进一步地，为了形成完整的电路回路，本发明实施例还设有电源V1，电源V1与三极管Q1的集电极连接。
本发明实施例的工作原理如下：
假设运算放大器U1反相输入端的电压为V2，根据虚短原理，运算放大器U1正相输入端的电压也为V2，取电阻R16左端的电压为V3，电阻R16右端的电压为V4，根据虚短虚断原理：
(V0-V2)/R11＝(V2-V4)/R13
V2/R12＝(V3-V2)/R14
由于R11＝R12，R13＝R14，根据上述两式可计算得到：
V3-V4＝V0·R13/R11
根据虚断原理，流过R16的电流即为输出至负载的电流，假设输出至负载的电流为I，则：
I＝(V3-V4)/R16＝V0·R13/(R11·R16)
根据结果可以看出，由于电阻R11、R13以及R16是可以预设的固定阻值电阻，输出电流不随负载变化而变化，只与输入电压V0有关，只要改变输入电压V0便可以调整输出电流。
与现有技术相比，本发明实施例的电压转4-20mA电流的电路，通过一个运算放大器U1、一个三极管Q1以及多个电阻，就能将1.25～6.25V的电压转4-20mA电流，电路结构简单，都是普通的常用元器件，成本低廉，可以替代集成芯片，适于主控设备的量产。
作为优选的实施方式，参见图2所示，电阻R11和输入电压V0之间还可以设有一光电耦合隔离电路，光电耦合隔离电路包括：运算放大器U2、光电耦合器U3、运算放大器U4、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26以及三极管Q2；光电耦合器U3包括发光二极管D2、光敏二极管D3以及光敏二极管D4，具体地，本发明实施例中的光电耦合器U2为线性模拟光电耦合器；电阻R21一端连接输入电压V0，另一端连接运算放大器U2的反相输入端；电阻R22一端接地，另一端连接运算放大器U2的正相输入端；电阻R23一端连接运算放大器U2的输出端，另一端连接三极管Q2的基极；发光二极管D2的阳极连接电阻R24，发光二极管D2的阴极连接三极管Q2的发射极；光敏二极管D3的阳极接地，光敏二极管D3的阴极连接运算放大器U1的反相输入端；光敏二极管D4的阳极接地，光敏二极管D4的阴极连接运算放大器U4的反相输入端；电阻R25一端连接运算放大器U4的反相输入端，另一段连接运算放大器U1的反相输入端；电阻R26一端接地，另一端连接运算放大器U1的正相输入端，作为优选的方案，电阻R12的接地极与电阻R22和电阻R26的接地极不同，且光敏二极管D3阳极的接地接地极与光敏二极管D4阳极的接地极不同，确保隔离电路的隔离效果。具体地，本发明实施例中的光敏二极管D3和光敏二极管D4感应的电流相等，二极管D3与运算放大器U2构成反馈电路，使流过光敏二极管D4的电流更加稳定，抗干扰能力更强。进一步地，为了形成完整的电路回路，电源V1与电阻R24连接。
与现有技术相比，本发明实施例的电压转4-20mA电流的电路，在电阻R11和输入电压V0之间设一光电耦合隔离电路，如果现场仪表端出现比较严重的问题时，主控设备不会受到影响。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种电压转4-20mA电流的电路，用于将输入电压V0转化为4-20mA电流输出给负载，其特征在于，包括：运算放大器U1、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、二极管D1以及三极管Q1；
所述电阻R11一端连接输入电压V0，另一端连接所述运算放大器U1的反相输入端；
所述电阻R12一端连接所述运算放大器U1的正相输入端，另一端接地；
所述电阻R13一端连接所述运算放大器U1的反相输入端，另一端连接二极管D1的阳极；
所述电阻R14一端连接所述运算放大器U1的正相输入端，另一端连接三极管Q1的发射极；
所述电阻R15一端连接所述运算放大器U1的输出端，另一端连接三极管Q1的基极；
所述电阻R16一端连接三极管Q1的发射极，另一端连接二极管D1的阳极。
2.如权利要求1所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：
所述电阻R11和输入电压V0之间设有一光电耦合隔离电路，所述光电耦合隔离电路包括：运算放大器U2、光电耦合器U3、运算放大器U4、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26以及三极管Q2；
所述光电耦合器U3包括发光二极管D2、光敏二极管D3以及光敏二极管D4；
所述电阻R21一端连接输入电压V0，另一端连接所述运算放大器U2的反相输入端；
所述电阻R22一端接地，另一端连接所述运算放大器U2的正相输入端；
所述电阻R23一端连接运算放大器U2的输出端，另一端连接所述三极管Q2的基极；
所述发光二极管D2的阳极连接所述电阻R24，所述发光二极管D2的阴极连接所述三极管Q2的发射极；
所述光敏二极管D3的阳极接地，所述光敏二极管D3的阴极连接所述运算放大器U1的反相输入端；
所述光敏二极管D4的阳极接地，所述光敏二极管D4的阴极连接所述运算放大器U4的反相输入端；
所述电阻R25一端连接所述运算放大器U4的反相输入端，另一段连接所述运算放大器U1的反相输入端；
所述电阻R26一端接地，另一端连接所述运算放大器U1的正相输入端。
3.如权利要求2所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述光敏二极管D3和光敏二极管D4感应的电流相等。
4.如权利要求2所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述光电耦合器U2为线性模拟光电耦合器。
5.如权利要求2所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述电阻R12的接地极与所述电阻R22和电阻R26的接地极不同。
6.如权利要求2所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述光敏二极管D3阳极的接地接地极与所述光敏二极管D4阳极的接地极不同。
7.如权利要求1所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述电阻R11和电阻R12的阻值相等。
8.如权利要求1所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述电阻R13和电阻R14的阻值相等。
9.如权利要求1所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述输入电压V0为1.25～6.25V。
10.如权利要求2所述的电压转4-20mA电流的电路，其特征在于：所述电路还设有电源V1，所述电源V1与所述电阻R24连接，所述电源V1与所述三极管Q1的集电极连接。
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