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4-20mA隔离采样电路分析

这个电路是在M5 STACK官网上下载的,是一个量产的模块化电路,产品如下所示,是一个隔离的4-20mA的一个模块:

可以看到其原理图的主要部分由一颗线性光耦HCNR200-500E和运算放大器SGM321组成,然后电路图和公式如下所示:

这个图在HCNR200-500E的数据手册中也有类似的电路图,可以说基本一模一样,其中传输增益K3的范围是0.85~1.15,那难道这个电路的误差范围是±15%吗?那还能用吗?比如4mA的环路电流,最终输出给单片机采样计算后会有15%的误差(同一批次下的产品)?难道需要校准?这一点我不是很理解,用过这个电路的佬可以评论区解一下惑:

然后是电路的公式推导,为了简便理解,所以我们就默认K3=1吧,即认为光耦内部这俩接收管的一致性非常的棒,100%一致。那么通过电流路径我们可以看出有以下所示的主要路径,流过运算放大器的工作电流Iop,三极管的偏置电流ib,光耦的发光电流It,稳压管的稳压电流Izener,然后最终分为两路Ir1和Isense合成为最终的Iloop。在隔离测的光耦接收管有一个Ir2,本计算为了简便运算令其等于Ir1,电流路径如下所示:

为了方便运算和理解,我们只看主要的电流路径,Ir和Isense和Iloop。我们可以知道以下三个公式:

Iloop=Isense+Ir ①

Ir = Vout/R1 ②

Ir*R2 = Isense *R5 ③

将2式带入3式,我们可以获得

Vout*R2/R1 = Isense*R5

Isense = Vout*R2/R1*R5 ④

而Iloop = Isense+Ir,所以将4式加上2式可得:

Iloop = Vout*(R2+R5)/R1*R5。

由此推导结束。

总结:

电路还是很不错的电路,就是不知道实际使用精度咋样?毕竟看数据手册的这个K3的范围是0.85~1.15还是蛮吓人的,难道批量生产不同电路板之间要有±15%的误差?

最后是价格,HCNR200-500E大概五块钱左右。SGM321大概一块钱左右。稳压管大概一毛钱左右(稳压管一定不能少,稳压管为运放提供一个浮地的钳位电压)。

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资料明细:SCH_UNIT_AIN4-20mA_V1.01.pdf
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  • dy-njyK7yxv 06-21 14:17
    老师,能不能发我一下资料,谢谢! 77****@****.com
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