深度剖析 4 - 20mA 电流转 5 - 9V 直流电压的电路方案
出处：网络整理 发布于：2026-07-09 15:53:34 | 66 次阅读
在电子电路设计中，常常需要将 4 - 20mA 的电流转换为 5 - 9V 的直流电压。有一个基于运算放大器的电路可以实现这一转换，但目前没有合适的传感器来测试该电路。因此，需要创建一个新的电路，为运算放大器电路提供 4 - 20mA 的电流源输入。以下为你介绍六种不同的创建电流源电路的思路，并对其进行详细分析。
第六种思路
VCC 的取值范围为 5Vdc 至 30Vdc。通过调节 R3 可获得所需的电流，R6 设置最大电流，当 R3 = 0 时电流最大，当 R3 为最大值时电流最小。原理图中所示的数值可使电流接近 4 - 20mA 的范围。
使用时，将 “R_load1” 替换为 “负载”（在本例中，即 4 - 20mA 转 5 - 9V 转换器的输入端）。需注意 Q2 的功耗，如果负载电压较低，则应同时降低 Vcc，尤其是在 R_load1 电流接近 20mA 时，要将 Q2 的功耗控制在 200mW 以下。若功耗过高，可将 Q2 替换为功率更高的晶体管（例如 BD140），并将其安装在散热片上。
在实验过程中，如果没有空余的手来转动电位器，或者找不到 150Ω 的可变电阻，使用之前的电路可能会面临困难，要么需要一个电动电位器，要么需要一个非常热心的朋友帮忙。而下面介绍的电路则允许通过电压来控制电流源，电压可由信号发生器自动调节，且不需要非常特殊的可变电阻。
我们从输出端开始，反向推导至输入端。Q5 是一个电流源，它向负载 [R_load2] 提供大约是 R1 电流 10 倍的电流。R1 中的电流由 R4 中的电流控制，而 R4 中的电流又由节点 [Vcntrl] 的电压决定，并通过 Q3 和 Q4 构成的电压缓冲器进行调节。当 [Vcntrl] = 0V 时，输出电流最小，该最小值由 R10 决定。最大输出电流由 R4 和施加在节点 [Vcntrl] 上的最大电压决定。原理图中所示的值使得当 [Vcntrl] = 0V 时，最小输出电流为 4mA；当 [Vcntrl] = 1.6V 时，最大输出电流为 20mA。增大 R4 的值可以提高输出电流达到 20mA 时的电压（例如，要在 5.0V 时获得 20mA 的输出电流，应将 R4 的值改为大约 2.7kΩ）。
Vcc 的取值范围可以从 +5V 到大约 30V。输出晶体管 (Q5) 的功耗问题同样需要考虑，其解决方案与之前的电路相同。Q5 的输出会受到 Vcc 的影响（Vcc 增大时，输出也会略微增大）。可以通过稳定节点 [Vref] 的电压来降低这种敏感性。下面展示了一个非常简单的电路来实现这一点。如果选择使用此电路，务必移除 R15 (22kΩ)，并正确选择稳压二极管（5V 至 12V 之间的稳压二极管电压应该可以）。Vcc 的最小电压应比 [Vref] 高约 2V。
该电路基于 LM317L，它是一款低电流可调稳压器。需要注意的是，必须使用带 “L” 标识的集成电路，即低电流版本，不带 “L” 标识的 LM317 无法在如此低的电流下工作。
正常工作时，LM317L 的输入端和地之间连接着一个旁路电容。然而，目前尚不清楚整个系统中的地在哪里。4 - 20 mA 接收器可能只有两根连接线用于连接传感器。如果没有旁路电容，LM317L 可能会出现振荡。
LM317L 的电压基准精度不高，标称值为 1.25 V，但实际值可能在 1.2 V 到 1.3 V 之间波动。因此，该电路中的电流最低可能只有 4.2 mA，最高可能达到 21.7 mA，具体数值取决于电压基准的值。对于许多应用来说，这样的精度已经足够。如果需要更高的精度，可以考虑对电路进行改进，至少增加一个电位器来补偿 LM317L 的电压基准偏差。或者，也可以寻找或自行组装一个（大约）265V 的 LM317L。通过放置一个 560Ω 并联一个 500 欧姆的电阻使用电位器，可以获得更大的输出电流范围。
几个 PNP BJT，可以拼凑出以下电路。输出电流 I 相当稳定：I = 0.7V / R1 。这适用于很宽的供电电压范围，所以不必使用 12V。几伏以上的电压都可以正常工作，但需要记住，供电电压确实会限制该电流源的最大顺应电压。
由于希望电流在 4mA 到 20mA 之间可调，只需计算出这两种情况下的 R1 值，并在该范围内提供一个可变电阻即可。
移除 R_LOAD，并将电路连接在 OUT_POS 和 OUT_NEG 之间。
第二种思路
此思路文档未详细阐述电路具体内容。
第一种思路
稳定性主要取决于 R1、U 和 RV1。可以将一个精密仪表与输出电流串联，并通过调节 RV1 来获得所需的电流。
如果要校准大量仪器，可能需要用一些电阻器和微调电位器替换 RV1，以便在零点 / 满量程 / 中间量程处提供 4mA/20mA/12mA 的电流（在线性仪器的中间量程处进行检查可以发现很多问题，例如饱和，这些问题可以通过校准消除）。
第六种思路
VCC 的取值范围为 5Vdc 至 30Vdc。通过调节 R3 可获得所需的电流，R6 设置最大电流，当 R3 = 0 时电流最大，当 R3 为最大值时电流最小。原理图中所示的数值可使电流接近 4 - 20mA 的范围。
使用时，将 “R_load1” 替换为 “负载”（在本例中，即 4 - 20mA 转 5 - 9V 转换器的输入端）。需注意 Q2 的功耗，如果负载电压较低，则应同时降低 Vcc，尤其是在 R_load1 电流接近 20mA 时，要将 Q2 的功耗控制在 200mW 以下。若功耗过高，可将 Q2 替换为功率更高的晶体管（例如 BD140），并将其安装在散热片上。
在实验过程中，如果没有空余的手来转动电位器，或者找不到 150Ω 的可变电阻，使用之前的电路可能会面临困难，要么需要一个电动电位器，要么需要一个非常热心的朋友帮忙。而下面介绍的电路则允许通过电压来控制电流源，电压可由信号发生器自动调节，且不需要非常特殊的可变电阻。
我们从输出端开始，反向推导至输入端。Q5 是一个电流源，它向负载 [R_load2] 提供大约是 R1 电流 10 倍的电流。R1 中的电流由 R4 中的电流控制，而 R4 中的电流又由节点 [Vcntrl] 的电压决定，并通过 Q3 和 Q4 构成的电压缓冲器进行调节。当 [Vcntrl] = 0V 时，输出电流最小，该最小值由 R10 决定。最大输出电流由 R4 和施加在节点 [Vcntrl] 上的最大电压决定。原理图中所示的值使得当 [Vcntrl] = 0V 时，最小输出电流为 4mA；当 [Vcntrl] = 1.6V 时，最大输出电流为 20mA。增大 R4 的值可以提高输出电流达到 20mA 时的电压（例如，要在 5.0V 时获得 20mA 的输出电流，应将 R4 的值改为大约 2.7kΩ）。
Vcc 的取值范围可以从 +5V 到大约 30V。输出晶体管 (Q5) 的功耗问题同样需要考虑，其解决方案与之前的电路相同。Q5 的输出会受到 Vcc 的影响（Vcc 增大时，输出也会略微增大）。可以通过稳定节点 [Vref] 的电压来降低这种敏感性。下面展示了一个非常简单的电路来实现这一点。如果选择使用此电路，务必移除 R15 (22kΩ)，并正确选择稳压二极管（5V 至 12V 之间的稳压二极管电压应该可以）。Vcc 的最小电压应比 [Vref] 高约 2V。
该电路基于 LM317L，它是一款低电流可调稳压器。需要注意的是，必须使用带 “L” 标识的集成电路，即低电流版本，不带 “L” 标识的 LM317 无法在如此低的电流下工作。
正常工作时，LM317L 的输入端和地之间连接着一个旁路电容。然而，目前尚不清楚整个系统中的地在哪里。4 - 20 mA 接收器可能只有两根连接线用于连接传感器。如果没有旁路电容，LM317L 可能会出现振荡。
LM317L 的电压基准精度不高，标称值为 1.25 V，但实际值可能在 1.2 V 到 1.3 V 之间波动。因此，该电路中的电流最低可能只有 4.2 mA，最高可能达到 21.7 mA，具体数值取决于电压基准的值。对于许多应用来说，这样的精度已经足够。如果需要更高的精度，可以考虑对电路进行改进，至少增加一个电位器来补偿 LM317L 的电压基准偏差。或者，也可以寻找或自行组装一个（大约）265V 的 LM317L。通过放置一个 560Ω 并联一个 500 欧姆的电阻使用电位器，可以获得更大的输出电流范围。
几个 PNP BJT，可以拼凑出以下电路。输出电流 I 相当稳定：I = 0.7V / R1 。这适用于很宽的供电电压范围，所以不必使用 12V。几伏以上的电压都可以正常工作，但需要记住，供电电压确实会限制该电流源的最大顺应电压。
由于希望电流在 4mA 到 20mA 之间可调，只需计算出这两种情况下的 R1 值，并在该范围内提供一个可变电阻即可。
移除 R_LOAD，并将电路连接在 OUT_POS 和 OUT_NEG 之间。
第二种思路此思路文档未详细阐述电路具体内容。
第一种思路
稳定性主要取决于 R1、U 和 RV1。可以将一个精密仪表与输出电流串联，并通过调节 RV1 来获得所需的电流。
如果要校准大量仪器，可能需要用一些电阻器和微调电位器替换 RV1，以便在零点 / 满量程 / 中间量程处提供 4mA/20mA/12mA 的电流（在线性仪器的中间量程处进行检查可以发现很多问题，例如饱和，这些问题可以通过校准消除）。
0次
版权与免责声明
凡本网注明“出处：维库电子市场网”的所有作品，版权均属于维库电子市场网，转载请必须注明维库电子市场网，https://www.dzsc.com，违反者本网将追究相关法律责任。
本网转载并注明自其它出处的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品出处，并自负版权等法律责任。
如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
电路图分类
广告
热门电路图
最新电路图
