本实用新型涉及一种0～10V电压信号线性转换到4～20mA电流信号的电路。
背景技术：
一般的通用传感器都具备有模拟量输出的功能，电压型的通用传感器为0～10V输出。由于电压信号远距离传输损失较大，为了有效传输传感器的信号且具备一定的抗干扰性，需要将传感器输出的电压信号转换为电流信号进行传送。并且因为传输线缆的长度和取样负载情况不统一，需要电流输出电路对总负载有一定的适应能力。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种0～10V电压信号转换为负载线性输出4～20mA电流信号的电路，在保证输出能力的前提下，提高信号转换的线性度和输出精度，增加抗干扰的能力。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种0～10V电压线性转换到4～20ma电流输出的电路，其特征在于，包括集成运放单元U1A，集成运放单元U1A的同相输入端一方面经由电阻R1连接电压型传感器模拟量输出端口，另一方面经由电阻R2接地，集成运放单元U1A的反相输入端经由电阻R3接地，集成运放单元U1A的输出端与NPN三极管Q1的基极相连接，NPN三极管Q1的发射极经由电阻R3接地，电压源经由电阻R5连接NPN三极管Q1的集电极，NPN三极管Q1的集电极还与集成运放单元U1B的同相输入端及NPN三极管Q2的集电极相连；
电压源经由电阻R6连接PNP三极管Q3的发射极及集成运放单元U1B的反相输入端，集成运放单元U1B的输出端经由电阻R7连接PNP三极管Q3的基极，PNP三极管Q3的集电极经由负载电阻RL接地；
NPN三极管Q2的发射极经由电阻R4接地，并与集成运放单元U1C的反相输入端相连，集成运放单元U1C的同相输入端与3.3V等电位端连接，集成运放单元U1C的输出端与NPN三极管Q2的基极相连。
本实用新型在单电源供电的情况下，采用差分电压取样，利用了集成运放的精密运算特性与BJT三极管的非截至区特性，实现0～10V电压信号线性转换4～20mA电流信号，尤其是当电压输入信号为0或者无输入时，电路通过预置的偏置电路稳定的输出4mA的电流信号，避免无信号或者电压为0V时，由干扰或者系统温漂而引起的输出信号不稳定。即用较少的器件现了电压到电流的线性转换，又实现了利用三极管输出特性取样来提高输出信号的抗干扰能力。较之传统转换电路，增加了4Ma电流预置电路，增强了稳定度。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种0～10V电压线性转换到4～20ma电流输出的电路的原理图。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
结合图1，本实用新型提供的0～10V电压信号转换为负载在0～500欧姆线性输出4～20mA电流信号的电路，包括电压型传感器模拟量输出端口连接到电阻R1的一端，电阻R1另一端连接到集成运放单元U1A的同相输入端和电阻R2的一端。电阻R2另一端连接到地等点位端。集成运放单元U1A的反相输入端分别与电阻R3的一端和NPN三极管Q1的发射极连接。电阻R3的另一端连接到信号地等电位端。集成运放单元U1A的输出端和NPN三极管Q1的基极相连接。NPN三极管Q1的集电极分别与电阻R5的一端、NPN三极管Q2的集电极、集成运放U1B单元的同相输入端相连。电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和+15v等电位端连接。电阻R6的另一端分别与集成运放单元U1B单元的反相输入端和PNP三极管Q3的发射极连接。
NPN三极管Q2的基极与集成运放单元U1C的输出端连接。NPN三极管Q2的发射极分别与电阻R4的一端和集成运放单元U1C的反相输入端连接。集成运放单元U1C的同相输入端与3.3V等电位端连接。集成运放单元U1B的输出端连接电阻R7的一端。电阻R7的另一端连接PNP三极管Q3的基极。PNP三极管Q3的集电极和负载电阻RL的一端相连接。负载电阻RL的另一端连接到信号地等电位端。
结合图1，集成运放的输入采用精密电阻分压采样；集成运放单元U1A同相输入端电压Ua如式(1)所示为：
根据运放输入虚短理论流过R3的电流Ie1如式(2)所示：
根据运放输入虚短理论流过R4的电流Ie2如式(3)所示：
根据三极管放大区工作原理，设NPN三极管Q1的Hfe为β1，则流过NPN三极管Q1集电极的电流Ic1如式(4)所示：
同理设NPN三极管Q2的Hfe数为β2，则流过NPN三极管Q2集电极的电流Ic2如式(5)所示：
则流过电阻R5的电流ia为流过NPN三极管Q1集电极与NPN三极管Q2集电极电流之和，如式(6)所示：
因为电阻R5与电阻R6两端的电压向同，则流过电阻R6的电流ic如式(7)所示：
设PNP三极管Q3的Hfe为β3，则流过负载的电流iL如式(8)所示：
结合式(1)～式(8)可以得到式(9)：
在本实施例中Q1、Q2为同一型号的三极管，因此可认为β1≈β2，可以得到式(10)：
在本实施例中取R1＝30K，R2＝10K，Q1、Q2为BC847C，R3＝7.77K，R4＝41.2K，R5＝2.49K，R6＝49.9R，R7＝15K，Q3为BC856，三极管的Hfe按典型值取β1＝520，β3＝600，带入式(10)可以得到式(11)单位mA：
iL＝1.5998*Ui+3.9825 (11)
当输入电压Ui为0时，iL＝3.9825mA，比设计值偏差0.44％。当输入电压为10v时，iL＝19.9805mA，比设计值偏差0.099％。本电路属于一种高线性度，高精度的转换电路。