4-20mA恒流源电路的仿真及计算

在工业上经常会看到标准的电流采样会使用4-20mA的电流范围值。今天就对这个4-20mA的恒流源做一个简单的仿真及计算。

下面是一个恒流源电路。现在所看到的是VCC为5V，输出为19.6mA，想要进行4-20mA的变化改变VCC输出即可实现电流的范围变化。

电路图如下：

上图是在仿真中，R4为100R，现在的IO输出为19.6mA。

现在是将输出电阻R4调整为0R，现在的IO输出为19.6mA。

本电路图的计算过程如下：

UN/R2=UX/(R6+R2)

UN=UX*R2/(R6+R2)=UP

UP=UIN-(UIN-UO)*R1/(R1+R5)

R1+R5=R6+R2

UIN-((UIN-UO)*R1/(R1+R5))=UX*R2/(R6+R2)

R1=R2 R5=R6

UIN-((UIN-UO)*R1/(R1+R5))=UX*R1/(R1+R5)

UIN(R1+R5)-(UIN-UO)*R1=UX*R1

将上式化简

UIN*R5+UO*R1=UX*R1

UIN*R5=(UX-UO)R1

UX-UO=UIN*R5/R1

IO=(UX-UO)/R3=UIN*R5/R1/R3=UIN*R5/(R1*R3)

带入图上所示参数进行计算即为：

Io=5*20k/(100k*51R)

Io=1V/51R

Io=19.6mA

综上：仿真结果及计算过程完全吻合。