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电压-电流信号转换:实用跨导放大器设计

现代仪表中,直流信号作为温度、压力、流量、重量、运动等物理变量的模拟代理。工业界首选直流电流信号——典型 4 mA 至 20 mA——因电流在串联回路中均匀分布,不受导线电阻影响。相反,电压信号在并联电路中会随导线电阻漂移,引入测量误差。

为从电压驱动传感器产生精确电流,采用跨导放大器——配置负反馈的 Op-Amp,表现为理想电流源。Op-Amp 提供所需电压,维持回路电流恒定,与负载电阻无关。

电压-电流信号转换:实用跨导放大器设计

输入为 1 V(0% 测量)至 5 V(100% 测量)的校准电压。电路用精密 250 Ω 电阻将电压转换为标准 4–20 mA 电流范围:5 V 时回路流 20 mA,1 V 时流 4 mA。负载电阻可为任意值,Op-Amp 将调整输出电压驱动所需电流——前提是供电电压足够。若需旧标准 10–50 mA,用 100 Ω 电阻替换 250 Ω。

电子学中,跨导定义为 ΔI/ΔV,单位西门子。本设计中 250 Ω 电阻固定跨导,确保电流输出与电压输入线性关系。

关键要点

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