[发明专利]一种数字电位器器控制的4-20mA电流环电路

说明书

技术领域

本发明属于新型电路技术领域，涉及一种使用数字电位器控制4-20mA电流环电路。

背景技术

现有的许多工业仪器仪表都含有4-20mA电流输出功能，4-20mA电流输出可以将所测到的物理量进行远距离传输，并且还具有很强的抗干扰能力，便于对仪表的工作状态进行实时监控。

目前，微处理器数字控制的4-20mA电流环电路主要有两种实现方式：D/A转换方式和PWM转换方式。但是当前的许多微处理器是不包含DAC的，即使有些微处理器内部集成了DAC，其精度通常不能满足实际需求，而且无法实现电气隔离，如果再外接的DAC芯片，不仅会大大地增加成本，而且在并行数据输出时，需要占用微处理器大量的I/O端口，在进行电气隔离时，会导致电路结构复杂，电路面积较大；而在实际的应用中，PWM转换方式的线性度也并不是很理想。

针对上述背景内容，研究一种性能稳定、结构简单且价格低廉的4-20mA电流环电路，从而应用到工业仪器仪表中，具有重要的意义。

发明内容

为了更好地解决以上的问题，本发明采用了一种数字电位器将数字量转换为电阻值，进而控制4-20mA电流信号的输出。

本发明所采用的技术方案是：

一种数字电位器器控制的4-20mA电流环电路，光电耦合器U1、U2和U3的输入端分别接收微处理器发送的数字电位器的片选信号、时钟信号和数据输入信号，而光电耦合器U1、U2和U3的输出端直接与数字电位器U4的控制端和参考电压电路相连，实现数字电位器U4与微处理器的电气隔离，保证了微处理器不会受到损坏。

所述的参考电压电路中，工业直流电源+24V经二极管D1和R4与稳压二极管Q1阴极相连，二极管D1防止电源的反向接入，保证电路安全。稳压二极管Q1阴极输出的2.5V经由运算放大器U5A、R5和R6构成的同相比例运算电路放大两倍获得5V，再经过由U5B和R10构成的射极跟随器，这样提高了整个参考电压电路的带负载能力，以便为其他功能电路提供稳定的5V电压源。

所述的数字电位器U4的电源正引脚和高电位端均连接参考电压电路，数字电位器U4的低电位端经电阻R11接地，保证最低输出电流为4mA。数字电位器U4的抽头输出端经由运算放大器U5C和电阻R12构成的射极跟随器与4-20mA电流环电路控制端连接。其中，运算放大器U5D的反相输入端作为4-20mA电流环电路的负输出端，三极管Q2的发射极作为4-20mA电流环电路的正输出端。

本发明结构简单，数字控制输出I/O口线少易于实现电气隔离，并且线性度好、精度高、价格低廉、可靠性高，可广泛应用于各种工业仪器仪表。

附图说明

附图为一种数字电位器控制的4-20mA电流环电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细阐述本发明。

实施例，如附图所示，数字电位器控制的4-20mA电流环电路包括：3个光电耦合器U1、U2和U3，数字电位器U4，四运算放大器集成电路U5，二极管D1，稳压二极管Q1，三极管Q2，电解电容C1，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14。其中，光电耦合器U1和光电耦合器U3的型号是TLP112，光电耦合器U3的型号为TLP181，数字电位器U4的型号是MCP41010，四运算放大器集成电路U5的型号是LM2902，其包含四个运算放大器U5A、U5B、U5C及U5D。