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关于4-20mA转0-5V接收电路的问题

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之前拿运放做差分放大搭了一个仿真,运放负端准备再接一个TL431的基准分压后面接一个电压跟随接到图中运放的反相输入端,放大后再接单片机的AD管脚。请问各位前辈这款主要考虑的指标有哪些,类似运放的压摆率、失调电压等对最后输出的电压值的影响,因为准备接单片机AD只有12位所以精度要求没有那么高。网上搜了下相关产品还没看到能够做参考的指标,后来搜到RCV420这个芯片,准备看下这款芯片是怎么实现模拟量转换的。@king5555 大佬能帮我看下这个问题吗,祝您端午快乐。

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zyj9490 2020-6-28 16:54 回复TA
@yurimuki :双电源下,先通过精密电阻200欧,转换成0-4V ,再加一级BUFF 输出,如果要完成全硬件电路校正,则需要加一级调零及满度校正再输出给MCU,如果全软件校正,则进行软件校正。校零及FULL CAL. 
yurimuki 2020-6-28 16:25 回复TA
@zyj9490 :我是将0-20mA转换成0-4V输出,想请问下双电源的话怎么处理 
zyj9490 2020-6-28 11:13 回复TA
4-20MA 信号是近直流的信号,非交流信号。仿真条件不符合标准。 

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沙发
wh6ic| | 2020-6-26 09:27 | 只看该作者
4~20mA 信号频率是 1MHz ?!!  太欺负 运放 了吧
  是哪里来的什么样的信号?为什么要用 4~20mA 来传递?频率这么高,真能转成可靠的 4~20mA ???能传多远的距离?

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yurimuki|  楼主 | 2020-6-26 11:13 | 只看该作者
wh6ic 发表于 2020-6-26 09:27
4~20mA 信号频率是 1MHz ?!!  太欺负 运放 了吧
  是哪里来的什么样的信号?为什么要用 4~20mA 来传递? ...

仿真搭的时候发现信号频率高了之后会受制于运放压摆率的影响,查了下网上成品模块指标有写信号频率范围在100K左右的,也有1Mhz左右的,所以图里这里用的是1Mhz。因为没接触过工控的模拟量传感器,但是按读书时候学到的零碎知识,类似液位,压力型号变化频率应该没有这么大,精度要求受制于电阻精度和基准精度的影响,因为现在考虑用的单片机的AD所以精度预计也就在1%左右。

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yurimuki|  楼主 | 2020-6-26 11:23 | 只看该作者
查了下RCV420还是BURR-BROWN标的,有些年头了,内部是一个差分放大和一个10V的基准,如果分立元件去搭一个类似的,运放供电应该就需要负的电压轨了吧。


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5
叶春勇| | 2020-6-26 11:36 | 只看该作者
yurimuki 发表于 2020-6-26 11:23
查了下RCV420还是BURR-BROWN标的,有些年头了,内部是一个差分放大和一个10V的基准,如果分立元件去搭一个 ...

这个可以用单电源运放。

1593142489400-1289501812.jpg (119.15 KB )

1593142489400-1289501812.jpg

1593142541969644709624.jpg (120.2 KB )

1593142541969644709624.jpg

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叶春勇 2020-6-28 12:02 回复TA
@zyj9490 :在仿真里玩是可以算出来的,实际情况,就是0.5-4.5就可以了,给电阻和vref误差空间。 对于不懂的人,会认为adc 12bit没用干净,精度动辄千分之一,万分之一,你扯不清楚的。三菱plc的模拟量输入模块才标1%的精度。 
zyj9490 2020-6-28 11:49 回复TA
@叶春勇 :你计算公式的一点也是0怎么避开? 
叶春勇 2020-6-28 11:44 回复TA
@zyj9490 :这个R2R也不能完全到零,设计阶段避开就是,问题不大,还是计算问题。 
zyj9490 2020-6-28 11:27 回复TA
@叶春勇 :0V输出跟计算没有关糸,只跟电源与OP的输出动态范围有关。包括R2R的OP。 
zyj9490 2020-6-28 11:24 回复TA
如非双电源,加一个偏置,用双路AD同时测信号端与偏置端,二者相减即得信号净输入输出,这样可避负电压输出。 
叶春勇 2020-6-28 11:22 回复TA
@zyj9490 :如果是低成本的东西,范围从2-22ma,然后软件校正一下,也能用。 
zyj9490 2020-6-28 11:19 回复TA
靠谱一点还是要按双电源分列电源设计。不然输出0V精度很难保证。 
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叶春勇| | 2020-6-26 11:57 | 只看该作者
本帖最后由 叶春勇 于 2020-6-28 10:28 编辑

可以自己编程,从e24电阻中,搜出可有的组合,e24电阻大概170种,170的4次方也就8亿种组合,用计算机暴力解决。

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叶春勇 2020-6-28 10:29 回复TA
前几天,身边没电脑,淘汰手写体 
7
yurimuki|  楼主 | 2020-6-26 12:02 | 只看该作者
本帖最后由 yurimuki 于 2020-6-26 12:04 编辑
叶春勇 发表于 2020-6-26 11:36
这个可以用单电源运放。

谢谢,节前画的样板跟您的这个原理图类似。查了下论坛的旧贴,有人贴出的原理图在输入处加了两个TVS到大地来处理ESD问题。再有一个就是我之前处理直接把4mA在采样电阻上产生的压降直接拿参考电平分压减掉感觉是不合理的,4mA的保持是检测短线情况的。

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8
yurimuki|  楼主 | 2020-6-26 12:03 | 只看该作者
看了下成品的模块模拟量输入都是隔离的,不知道是用什么做的隔离,线性光耦吗?

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9
叶春勇| | 2020-6-26 12:35 | 只看该作者
yurimuki 发表于 2020-6-26 12:02
谢谢,节前画的样板跟您的这个原理图类似。查了下论坛的旧贴,有人贴出的原理图在输入处加了两个TVS到大地 ...

拿参考电压减,需要考虑参考电压内阻引起的误差。我贴的原理图,高阻抗输入,同相端没有分压。

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yurimuki|  楼主 | 2020-6-26 12:42 | 只看该作者
叶春勇 发表于 2020-6-26 12:35
拿参考电压减,需要考虑参考电压内阻引起的误差。我贴的原理图,高阻抗输入,同相端没有分压。
...

样板上我用的运放做了一级缓冲,但是运放输出阻值没有考虑进去,用的GS8552

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叶春勇| | 2020-6-26 12:49 | 只看该作者
yurimuki 发表于 2020-6-26 12:42
样板上我用的运放做了一级缓冲,但是运放输出阻值没有考虑进去,用的GS8552 ...

加了缓冲问题不大。双运放方案或仪表运放方案都好设计,

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cooldog123pp| | 2020-6-27 16:51 | 只看该作者
脑子不够,但是还是过来给楼主顶一顶,希望端午节过来,楼主的问题已经解决。

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cepoly| | 2020-6-28 09:49 | 只看该作者
叶春勇 发表于 2020-6-26 11:36
这个可以用单电源运放。


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14
叶春勇| | 2020-6-28 10:38 | 只看该作者

搜到很多组解

R1=5.1k,R2=680 ,Rg=1.8k Rf=5.1K


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叶春勇| | 2020-6-28 10:54 | 只看该作者
本帖最后由 叶春勇 于 2020-6-28 11:00 编辑

我搜出了:
R1=1800.0 R2=240.0 Rg=1200.0 Rf=3000.0 k=3.125 b=1.25
R1=1800.0 R2=240.0 Rg=2000.0 Rf=4700.0 k=3.125 b=1.2499999999999998
R1=2700.0 R2=360.0 Rg=2.4 Rf=680.0 k=3.1246875459491252 b=1.2498162034994855
R1=2700.0 R2=360.0 Rg=200.0 Rf=1100.0 k=3.125 b=1.25
R1=2700.0 R2=360.0 Rg=75000.0 Rf=160000.0 k=3.124336144954702 b=1.2496094970321774
R1=5100.0 R2=680.0 Rg=12.0 Rf=1300.0 k=3.1241830065359477 b=1.2495194156093812
R1=5100.0 R2=680.0 Rg=1800.0 Rf=5100.0 k=3.125 b=1.25
R1=18000.0 R2=2400.0 Rg=12000.0 Rf=30000.0 k=3.125 b=1.25
R1=18000.0 R2=2400.0 Rg=20000.0 Rf=47000.0 k=3.125 b=1.2500000000000002
R1=27000.0 R2=3600.0 Rg=24.0 Rf=6800.0 k=3.124687545949125 b=1.2498162034994853
R1=27000.0 R2=3600.0 Rg=2000.0 Rf=11000.0 k=3.125 b=1.2500000000000002
R1=51000.0 R2=6800.0 Rg=120.0 Rf=13000.0 k=3.1241830065359477 b=1.249519415609381
R1=51000.0 R2=6800.0 Rg=18000.0 Rf=51000.0 k=3.125 b=1.25
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=1.0 Rf=30000.0 k=3.124849489827804 b=1.2499114646045906
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=1.1 Rf=30000.0 k=3.1248344399832177 b=1.2499026117548342
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=1.2 Rf=30000.0 k=3.1248193903518198 b=1.2498937590304824
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=1.3 Rf=30000.0 k=3.1248043409336055 b=1.249884906431533
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=1.5 Rf=30000.0 k=3.1247742427367093 b=1.249867201609829
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=1.6 Rf=30000.0 k=3.124759193958018 b=1.2498583493870694
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=1.8 Rf=30000.0 k=3.1247290970401274 b=1.249840645317722
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=2.0 Rf=30000.0 k=3.124699000974862 b=1.2498229417499187
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=2.2 Rf=30000.0 k=3.124668905762185 b=1.2498052386836385
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=2.4 Rf=30000.0 k=3.124638811402062 b=1.24978753611886
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=2.7 Rf=30000.0 k=3.124593671460333 b=1.2497609832119607
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=3.0 Rf=30000.0 k=3.124548533436645 b=1.2497344314333205
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=3.3 Rf=30000.0 k=3.124503397330874 b=1.2497078807828672
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=3.6 Rf=30000.0 k=3.1244582631428983 b=1.2496813312605286
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=3.9 Rf=30000.0 k=3.124413130872597 b=1.2496547828662332
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=4.3 Rf=30000.0 k=3.1243529574950295 b=1.2496193867617822
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=4.7 Rf=30000.0 k=3.1242927875261524 b=1.2495839926624428
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=5.1 Rf=30000.0 k=3.124232620965676 b=1.2495486005680447
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=5.6 Rf=30000.0 k=3.124157417557702 b=1.2495043632692366
R1=120000.0 R2=16000.0 Rg=6.2 Rf=30000.0 k=3.124067180496565 b=1.2494512826450384
R1=180000.0 R2=24000.0 Rg=120000.0 Rf=300000.0 k=3.125 b=1.25
R1=180000.0 R2=24000.0 Rg=200000.0 Rf=470000.0 k=3.125 b=1.2499999999999998
R1=270000.0 R2=36000.0 Rg=240.0 Rf=68000.0 k=3.1246875459491252 b=1.2498162034994853
R1=270000.0 R2=36000.0 Rg=20000.0 Rf=110000.00000000001 k=3.1250000000000004 b=1.2500000000000004
R1=509999.99999999994 R2=68000.0 Rg=1200.0 Rf=130000.0 k=3.1241830065359486 b=1.2495194156093812
R1=509999.99999999994 R2=68000.0 Rg=180000.0 Rf=509999.99999999994 k=3.125 b=1.2499999999999998


你认为哪些解更好呢?@king5555 @tianxj01  

我想了下
1、属于E6更好
2、Rg省略更好
3、对vref输出电阻不敏感越好


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yurimuki|  楼主 | 2020-6-28 16:30 | 只看该作者
运放选择上找了GS8552,TP2272,SGMOP07CX这三款运放,基于不同的考虑。

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tianxj01| | 2020-6-28 16:38 | 只看该作者
本帖最后由 tianxj01 于 2020-6-28 16:40 编辑

明显的你这个线路再设置一下,Rg就是可以不要,当TL431内阻远远低于分压阻抗时候,分压电阻并联值就等于反馈回路的等效接地电阻,联立方程再立一下,就解出来了。VEF你图中用的是5V,正常情况,这里一个TL431,直接当2端器件用,2.5V低阻基准,状态最合适,关键是元件还少。

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叶春勇| | 2020-6-28 17:28 | 只看该作者
tianxj01 发表于 2020-6-28 16:38
明显的你这个线路再设置一下,Rg就是可以不要,当TL431内阻远远低于分压阻抗时候,分压电阻并联值就等于反 ...

我是看ti的单电源运放应用文档,贴出来vo=m vi - b 的电路标准型,今天用python编了个搜索程序,发现rg的确不要。电脑搜出了rg为1欧 到6.2欧 误差都小于0.001,看来这个标准型,多了一个电阻。

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han0097| | 2020-6-29 10:23 | 只看该作者
cooldog123pp 发表于 2020-6-27 16:51
脑子不够,但是还是过来给楼主顶一顶,希望端午节过来,楼主的问题已经解决。 ...

仔细一看还是个版主

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20
yurimuki|  楼主 | 2020-7-1 16:11 | 只看该作者
参考基准选了2.5分压3.55经一个运放缓冲,放大倍数是10K和7.87K,现在手头电源恒流模式精度很差,无法测出运放输入是的电流误差,还得做个恒流源电路

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