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XTR115電流環(huán)電路原理研究

作者: 時(shí)間:2011-08-02 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178799.htm

針對(duì)各種數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中抗惡劣電磁干擾環(huán)境的需求,給出一種基于 的低功耗兩線4~20 mA 環(huán)數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明基于環(huán)具有抗干擾能力強(qiáng),數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確的特點(diǎn),在工業(yè)測(cè)量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

  在各種數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中通常用一個(gè)儀表放大器來(lái)完成信號(hào)的調(diào)理,但是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸時(shí),往往會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題:1)由于傳輸?shù)男盘?hào)是電壓信號(hào),傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾;2)傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降;3)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法提供儀表放大器的工作電壓。

  為了解決上述問(wèn)題并避開(kāi)相關(guān)噪聲的影響,通常用來(lái)傳輸信號(hào),這是因?yàn)殡娏鲗?duì)噪聲并不敏感。4~20 mA 的電流環(huán)便是用4 mA 表示零信號(hào), 用20 mA 表示信號(hào)的滿刻度,而將低于4 mA 和高于20 mA 的信號(hào)用作各種故障的報(bào)警。

  電流環(huán),根據(jù)轉(zhuǎn)換的不同可劃分成以下兩種類(lèi)型:一種是電壓/ 電流轉(zhuǎn)換器,亦稱(chēng)電流環(huán)發(fā)生器,它能將輸入電壓轉(zhuǎn)換成4~20 mA 的電流信號(hào)(典型產(chǎn)品有1B21,1B22,AD693,AD694, 和XTR116); 另一種屬于電流/ 電壓轉(zhuǎn)換器,也叫電流環(huán)接收器(典型產(chǎn)品為RCV420),上述產(chǎn)品可滿足不同用戶的需要。
  電流環(huán)電路,根據(jù)器件位置的不同又可劃分成以下兩種類(lèi)型:兩線制和三線制。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)需要通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)器件(如閥門(mén)等)時(shí),一般采用三線制變送器,這里,電流環(huán)器件位于監(jiān)控的系統(tǒng)端, 由系統(tǒng)直接向電流環(huán)器件供電,供電電源是二根電流傳輸線以外的第三根線。兩線系統(tǒng)是電流環(huán)器件和傳感器位于現(xiàn)場(chǎng)端,由于現(xiàn)場(chǎng)供電問(wèn)題的存在,一般是接收端利用4~20 mA 的電流環(huán)向遠(yuǎn)端的電流環(huán)器件供電,通過(guò)4~20 mA 來(lái)反映信號(hào)的大小。

  XTR 系列是美國(guó)BB(BURR-BROWN)公司生產(chǎn)的精密電流變送器,該公司現(xiàn)已并入美國(guó)Texas Instruments 公司。該系列產(chǎn)品包括XTR101,XTR105,XTR106,XTR110,XTR115和XTR116 共6 種型號(hào)。其特點(diǎn)是能完成電壓/ 電流(或電流/電流)轉(zhuǎn)換,適配各種傳感器構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、電子秤重儀等。其中,XTR115 和XTR116 能夠滿足工業(yè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的兩線4~20 mA 電流環(huán)電路, 該電路設(shè)計(jì)巧妙、使用方便、超低靜態(tài)電流,非常適合于變送器等典型工業(yè)測(cè)量應(yīng)用之中。

  本文針對(duì)兩線的XTR115 電流環(huán)電路的工作和典型應(yīng)用展開(kāi)詳細(xì)討論,可為4~20 mA 電流環(huán)電路的使用提供有益參考。

  1 XTR115 的性能特點(diǎn)

  XTR115 具有如下性能特點(diǎn):

  1)XTR115 屬于二線制電流變送器,內(nèi)部的2.5 V 基準(zhǔn)電壓可作為傳感器的激勵(lì)源。XTR115 可將傳感器產(chǎn)生的40~200 μA 弱電流信號(hào)放大100 倍,獲得4~20 mA 的標(biāo)準(zhǔn)輸出。

  當(dāng)環(huán)路電流接近32 mA 時(shí)能自動(dòng)限流。如果在3 腳與5 腳之間并聯(lián)一只電阻,就可以改變限流值。

  2) 芯片中增加了+5 V 精密穩(wěn)壓器, 其輸出電壓精度為±0.05%,電壓溫度系數(shù)僅為20×10-6 /℃,可給外部電路(例如前置放大器)單獨(dú)供電,從而簡(jiǎn)化了外部電源的設(shè)計(jì)。

  3)精度高,非線性誤差小。轉(zhuǎn)換精度可達(dá)±0.05%,非線性誤差僅為±0.003%。

  4)環(huán)路電源電壓的允許范圍寬為7.5~36 V。XTR115 由環(huán)路電源供電。工作溫度范圍是-40~+85 ℃。

  5)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了功率管接口,適配外部NPN 型功率晶體管,它與內(nèi)部輸出晶體管并聯(lián)后可降低芯片的功耗。

  2 XTR115 的工作

  XTR115 和XTR116用SO-8 小型化封裝,其結(jié)構(gòu)組成及原理圖如圖1 所示,XTR115 和XTR116 內(nèi)部電路主要由3部分組成。

  第一部分是電流環(huán)電路的核心部分,它是由內(nèi)部的運(yùn)算放器A1、電阻RIN、R1、R2、Rlim和外接晶體三極管T1 組成。

  第二部分是電源調(diào)整電路,它提供傳感器部分的外圍電路工作電源和參考電壓。第三部分是由電阻Ra、Rb、Rlim和晶體三極管T0 組成保護(hù)電路, 以防止輸出電流過(guò)大或上電過(guò)程中的過(guò)沖脈沖損壞芯片。為了敘述方便,摘出電流環(huán)電路部分如圖2 所示。

 圖2 電路中, 信號(hào)電壓施加在VIN和VG之間,VG相當(dāng)于傳感器部分的參考點(diǎn)。根據(jù)運(yùn)算放大器的基本原理,運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端電壓基本相等,流入運(yùn)算放大器輸入端的電流基本為零??芍?/span>

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