《4-20ma转电压模拟量电路》

  资料说明

      包含电路图源文件，用Altium Designer软件打开，可直接做板使用。

模块简介

本模块可以将0-20ma或4-20ma电流信号转换成0-2.5V/0-3.3V/0-5V/0-10V/0-15V/0-24V的电压信号; 通信中广泛使用电流传输信号，是由于电流传输不会因导线因素造成信号衰减，本模块作为电流传输信号的末端，将电流信号转换为相应的电压信号，从而可以让的单片机等进行采集处理；

产品功能：

能把两线制，三线制变送器电流转换成需要的电压
■可以实现0~20ma或4~20ma转0~2.5V、0~3.3V、0~5V、10V、15V。当输入电流不是4~20ma ，例如2~17ma,也可将上述电流转成0~15V内的电压。

■宽电压工作范围直流5V~30V
■带防电源反接功能，电源接反不会烧模块，淘宝同类产品基本上都不带这个功能。
■零点和量程都可以调整，旋转调零旋钮可将任意输入电流的下限值转成0V，旋转量程旋钮可将任意输入电流的上限值转成需要的最高电压。例如，电流输入是2-17ma，输入2ma时调整调零旋钮可将输出电压调为0V，输入17ma时，调整量程旋钮可将输出电压调为你需要的最大电压。
■带有隔离性质，产生4~20ma电流的电源可以和模块电源不是同一个电源，不共地；也可以是同一个电源，共地。
■可以直接和带AD功能的单片机相连(友情提醒：单片机电源的要和模块电源共地或者就用同一个电源)
■接线简单，精度高
■长43mm,宽22mm
■提供具体尺寸及PCB封装
■精度等级：0.2(5V量程)
■线性度：0.118%（5V量程）
■模块中贴片元件全部用机器焊接，焊点光滑无虚焊。
■输入电流与输出电压的关系：Y是电压V，X是电流ma
Y=X*2.5/16-2.5/4 （4-20ma转0-2.5V）
Y=X*3.3/16-3.3/4 （4-20ma转0-3.3V）
Y=X*5/16-5/4 （4-20ma转0-5V）
Y=X*10/16-10/4 （4-20ma转0-10V）
Y=X*15/16-15/4 （4-20ma转0-15V）
Y=X*2.5/20 （0-20ma转0-2.5V）
Y=X*3.3/20 （0-20ma转0-3.3V）
Y=X*5/20 （0-20ma转0-5V）
Y=X*10/20 （0-20ma转0-10V）
Y=X*15/20 （0-20ma转0-15V）

产品分类

本模块将0-20mA或4-20mA电流转换为电压的范围分别有0-2.5V/0-3.3V/0-5V/0-10V/0-15V/0-24V；

   产品特性

• 供电电压范围：直流7~30V；
• 输出电压信号：0-2.5V/0-3.3V/0-5V/0-10V/0-15V/0-24V；
• 输入电流范围：0-20mA或4-20mA；
• 电压输出零点调节：调节模块103电位器；
• 电压输出量程调节：调节模块104电位器；
• 隔离性质：运放隔离；
• 模块尺寸：2.6*4CM； 

      工作原理分析

       工业传感器常使用电流大小来传输数据，那么作为传感器数据的接收方，比如单片机，有内部AD的单片机可以检测电压的大小，那么首先必须将电流信号转换为电压信号，然后进行电压幅值变换使其适合MCU处理的电压范围。

下面我们从设计的电流转电压的模块电路原理图来逐步解析。

       首先我们看电流检测放大部分，就是U1B部分，电流从R1的上端流入，下端流出。不难看出这是一个差分放大电路，也就是一个减法运算电路，输出电压UA=（R5/R3）*(U1-U2)=U1-U2,UA即是电阻R1两端的电压差，假如流过该电阻的电流为20mA，那么产生的电压为20*100=2000mV，还没有达到我们单片机的电压测量范围（这里默认单片机AD检测的范围为0-5V），所以为了高效的利用单片机AD的量程，我们需要将电压信号进一步放大，有人会问：如何使电流信号输入为4mA时，在这时电压输出是0V呢？ 这个问题的关键点在于我们要输出的是0V电压，这里我们还是要用到减法器如下图：

       图中U1A组成是减法电路，其输出电压等于UA-UB。U1D组成一个跟随器，当电流信号为4mA时，UA=4*100=400mV，那么U1A的输出此时为0V正是我们的目的，那么就需要UA=UB，那么调节U1D跟随器的正相输入端通过调节电位器RP2改变分压即可。这就完美解决了当输入电流为4mA时输出电压为0的问题，接下来我们要添加的是放大电路，将U1A的输出信号进行放大。如下图：

   在这里U1C的作用即是最终放大，那么在使用时，将输入电流设置为20mA时，调节RP1电位器，即调节电压放大倍数，直至输出电压为5V或其他量程的10V、15V，即可完成对量程的设置。

使用前设置事项：

调零：输入电流4mA时，调节调零电位器直至输出电压为0V。

调量程：输入电流20mA时，调节调量程电位器直至输出电压为目标量程电压。

下面是模块整体的电路图：

        我们看图中使用的运放为LM324，此运放不是轨对轨的运放，那么运放的最低输出电压是不可能等于0V的，即便是轨对轨运放，最低输出还是会有mV级别的电压，那么我们将供电改为正负电源即可解决最低输出不为0V问题，所以利用ICL7660芯片产生芯片产生一个负5V电压作为负电源。图中D1二极管起到防止电源反接的作用。