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XTR115電流環(huán)電路原理研究

作者: 時間:2011-08-02 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

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

I3=I2;VA=VB=VG;VR1=VR2;

  所以: I1R2=I2R1;

  即:I1=I2R1 /R2;

  故:I0=I1+I2=I2(R1 /R2+1)=I3(R1 /R2+1)=100I3=100VI N/RI N;

  此時的I0只是信號變化部分的, 它的變化范圍是0~16 mA,對應(yīng)到I3是0~160 μA, 可以根據(jù)這一和輸入信號的電壓幅度決定輸入電阻RIN;要實現(xiàn)4~20 mA 環(huán),還必須加入4 mA 的偏置電流IB (這個偏置電流包括芯片的工作電流和傳感器部分的工作電流IP),方法是在運算放大器的同相輸入端通過一個電阻RS接到參考電壓上, 再引入一路固定的電流IS。這路電流的最大值是ISmax=40 μA。通過調(diào)節(jié)RS,使得偏置電流IB=100IS+IP=4 mA。

  3 兩線制電流環(huán)典型應(yīng)用

  利用 構(gòu)成兩線制電流環(huán)時, 其工作電源和信號共用一根導(dǎo)線,工作電源由接收端提供。該方案需要考慮的主要問題:一是確定所用接收器的數(shù)量,即當(dāng)有多個接收器時,它將要求變送器擁有一個較低的工作電源電壓。另外一種考慮是降低回路電流在接收端的壓降。

  通常情況下,利用兩線制設(shè)計方案時,均需要考慮以下幾點:

  1)環(huán)中的接收器的數(shù)量,更多的接收器將要求變送器有較低的工作電壓;

  2)變送器所必需的工作電壓要有一定的余量;

  3)決定傳感器的激勵方法是電壓還是電流。

  圖3 是 在溫度傳感器中的典型應(yīng)用, 溫度傳感器PT100 和RE1、RE2、RE3 組成測量橋路, 恒流二極管2HD2[6]為橋路提供2 mA 的供電電流,運算放大器INA128組成差動放大,輸出被偏置在VQ= 2.5 V 的工作點上。放大器的輸出通過電阻RIN接到電流環(huán)變換電路XTR115。運算放大器INA128 的靜態(tài)電流為700 μA;所以輸出端還須加入1.3 mA 的偏置電流, 這個電流可以通過電流偏置電阻RS獲得,RS=2.5 V/(1.3 mA/100)=192.3 kΩ。

  假如溫度的測量范圍是±100 ℃。在0 ℃時放大器的輸出電壓為VP=VQ=2.5 V,而這時電流環(huán)的輸出電流應(yīng)I0=4 mA+16 / 2 mA =12 mA。而信號變化產(chǎn)生的電流應(yīng)該在I0SIGNAL=16 mA/2=8 mA。流過RIN的電流應(yīng)該是I3=8 mA/100=80 μA。

  電阻RIN應(yīng)該是RIN=2.5 V /80 μA =31.25 kΩ。在100 ℃時電流環(huán)的輸出電流應(yīng)該是I0=20 mA。相對0 ℃時的輸出增量是ΔI0=8 mA。流過電阻RIN的電流增量應(yīng)該是ΔI3=8 mA/100=80 μA。這時放大器的輸出電壓增量應(yīng)該是ΔVP=25 k×80 μA=2.5 V。而此時電橋的輸出電壓增量僅僅是ΔVT=17.56 mV。所以放大器的增益應(yīng)該為G=2.5 V /17.56 mV=142.37 倍。RG=50 k/(G-1)=353.68 Ω。

  當(dāng)溫度在0 ℃時,電橋平衡,放大器的輸出電壓為VP=VQ=2.5 V。電流環(huán)的輸出電流I0=12 mA。當(dāng)溫度在100 ℃時,放大器的輸出電壓為VP=5 V。電流環(huán)的輸出電流I0=20 mA。當(dāng)溫度在-100 ℃時,放大器的輸出電壓為VP=0 V。電流環(huán)的輸出電流I0=4 mA。

  然而, 運算放大器INA128 的最高輸出電壓達不到5 V;最低輸出電壓也達不到0 V。所以測溫范圍達不到±100 ℃。

  一個簡潔的解決方案是降低運算放大器INA128 的增益,使運算放大器在100 ℃時的輸出電壓達到它的最大值Vomax=4 V。G=(4 V-2.5 V)/17.56 mV=85 倍。RG=50 k/(G-1)=595 Ω。

  這時,當(dāng)溫度在100 ℃時,放大器的輸出電壓為VP=4 V。電流環(huán)的輸出電流I0=16.8 mA。當(dāng)溫度在-100 ℃時,放大器的輸出電壓為VP=1 V。電流環(huán)的輸出電流I0=7.2 mA。雖然這樣又帶來了電流環(huán)的輸出范圍利用不足的缺點,但它并不影響正常測量。

  外接晶體三極管只要選用Vceo>36 V,Icmax>32 mA,Poutmax>1.2 W 的NPN三極管即可[7]。如:2SC1846、2SC2568、2SC2611、2SC2621、等均可。

  4 總結(jié)

  該方法減少了傳輸線的噪聲干擾和傳輸線的分布電阻產(chǎn)生的電壓降, 提高了數(shù)據(jù)通訊接口的可靠性和準(zhǔn)確度,具有抗干擾能力強,數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確的特點,在工業(yè)測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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