這個電路是在M5 STACK官網上下載的,是一個量產的模塊化電路,產品如下所示,是一個隔離的4-20mA的一個模塊:
可以看到其原理圖的主要部分由一顆線性光耦HCNR200-500E和運算放大器SGM321組成,然后電路圖和公式如下所示:
這個圖在HCNR200-500E的數據手冊中也有類似的電路圖,可以說基本一模一樣,其中傳輸增益K3的范圍是0.85~1.15,那難道這個電路的誤差范圍是±15%嗎?那還能用嗎?比如4mA的環路電流,最終輸出給單片機采樣計算后會有15%的誤差(同一批次下的產品)?難道需要校準?這一點我不是很理解,用過這個電路的佬可以評論區解一下惑:
然后是電路的公式推導,為了簡便理解,所以我們就默認K3=1吧,即認為光耦內部這倆接收管的一致性非常的棒,100%一致。那么通過電流路徑我們可以看出有以下所示的主要路徑,流過運算放大器的工作電流Iop,三極管的偏置電流ib,光耦的發光電流It,穩壓管的穩壓電流Izener,然后最終分為兩路Ir1和Isense合成為最終的Iloop。在隔離測的光耦接收管有一個Ir2,本計算為了簡便運算令其等于Ir1,電流路徑如下所示:
為了方便運算和理解,我們只看主要的電流路徑,Ir和Isense和Iloop。我們可以知道以下三個公式:
Iloop=Isense+Ir ①
Ir = Vout/R1 ②
Ir*R2 = Isense *R5 ③
將2式帶入3式,我們可以獲得
Vout*R2/R1 = Isense*R5
Isense = Vout*R2/R1*R5 ④
而Iloop = Isense+Ir,所以將4式加上2式可得:
Iloop = Vout*(R2+R5)/R1*R5。
由此推導結束。
總結:
電路還是很不錯的電路,就是不知道實際使用精度咋樣?畢竟看數據手冊的這個K3的范圍是0.85~1.15還是蠻嚇人的,難道批量生產不同電路板之間要有±15%的誤差?
最后是價格,HCNR200-500E大概五塊錢左右。SGM321大概一塊錢左右。穩壓管大概一毛錢左右(穩壓管一定不能少,穩壓管為運放提供一個浮地的鉗位電壓)。