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文檔簡介
1、基于Howland電流泵的電流環設計一、電流環簡介在實際應用現場,由于條件的復雜性,利用電壓信號進行信號的長距離傳輸時,會產生如下問題:1由于傳輸的是電壓信號,因此傳輸線會受到噪聲的干擾;2傳輸線路存在分布電阻,因此信號傳輸過程中會產生壓降;3在應用現場很難提供儀表放大器的工作電壓。由于電流信號對噪聲不敏感,利用電流來傳輸信號可較為有效地減小噪聲的影響。在工業應用中,常使用4 20mA電流環路進行遠距離數據傳輸,例如,加工溫度或者容器壓力等。這種信號傳輸方式之所以成為人們的首選,主要因為它簡單便捷、抗噪、安全,并可在沒有數據損壞的情況下實現遠距離傳輸。本設計利用Howland電流泵原理設計了一
2、套簡單的電流環路,并利用multism12對設計進行了驗證,完成后的電流環路能夠將0 -2.5V電壓轉換為4 20mA電流。二、電流環原理由于本設計要求輸入電壓為0V時輸出電流即為4mA,因此不能直接使用Howland電流泵將電壓轉換為電流,需將電壓信號首先調制成偏壓電壓信號,即采用如下設計: 圖1 設計框圖1求和電路 圖2 求和電路原理圖由于輸入V i=0V時,電流環路需輸出4mA的電流,因此使用求和電路,使輸入電壓V i、偏置電壓V b雙端輸入,利用運算放大器虛斷、虛短原理,可得輸出電壓V o為:V o = -(R5/R7*V b (R6/R7*V i(1在此輸入偏置電壓V b = 15V
3、2改進型Howland電流泵 圖3 改進型Howland電流泵原理圖利用預算放大器虛短、虛斷原理對改進型Howland電流泵進行分析:V p = V L/(R1 + R2A (2V n = V p(3(V iV n/R3 = (V n - V o/R4 (4I o = (V p - VL/R2A + (V o VL/R2B (5將加法放大電路與改進型Howland電流泵結合,聯立以上公式,可得:I o= V L*(R1 R2B R2A/R2B(R1 + R2A + (R7/R6*V b +(R7/R5*V i/R2B (6 其中V b、V i分別為加法電路偏置電壓、輸入電壓,若要輸出電流與V
4、L無關,則:R1 = R2A + R2B = R2三、電路設計設R1 = R3 = R4 =10K= R2A + R2B設R2B上的最大電壓為2V,此時電流為20mA,則R2B為: R2B = 2V/20mA = 0.1K則R2A = 10 0.1 =9.9K。因為輸出Io為4 20mA,根據(6可得:(R7/R6*V b +(R7/R5*V i為0.4 2V。當V i = 0V時:(R7/R6*V b = 0.4 R7/R6 = 4/150 = 16/600當Vi = 2。5V時:(R7/R5*Vi+ 0.4 = 2 R7/R6 = 1.6/2.5 = 16/25四、元件清單 注意:由于R1、R2A、R2B、R3、R4及RL流經電流較大,因此在進行multism和實際電路制作過程中,必
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