电流转电压模块4-20mA转0-3.3/5V/10V/15V转换变送器电路原理解析

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

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=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。

供电电压：7-30V（若输出要到n V，供电电压必须大于（n+2）V，这是因为运放不是轨对轨型，最大输出值无法等于供电电压值）。

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。

下图为本篇电路图所做PCB板模块图片：