小信号双线变送器XTR101的原理和应用

　　1概述

　　XTR101是一个精密、低漂移的双线变送器,它可以把微弱的电压信号进行放大并变换成4mA~20mA的电流信号后进行远距离传送。它由一个高精度的仪表放大器、压控输出电流源和2个精密的1mA电流源组成,图1是它的简化方框图。

　　XTR101的失调电压为30μV,温漂0.75μV/℃,非线性度为0.01%。它可以用信号对电源电流进行调制,可在一对线上同时传输信号和电源。XTR101是以电流形式传输信号的,因此不受远距离传输线阻抗压降的影响,并对电机、继电器、电抗器、开关、变压器和其他工业设备的噪声具有很高的抗干扰能力。XTR101的供电电压范围宽,从11.6V~40V,额定工作温度范围从-40℃~+85℃,采用小型14引脚双列直插式封装。

　　正因为XTR101具有以上优点,所以它被广泛用于工业过程控制、生产自动化、压力和温度等非电量变换、远距离测量以及监控等系统中。

　　2工作原理

　　在图1电路中, A1和A2为单电源仪表放大器,它们控制着A3与Q1构成的电流源。根据图中的元件参数和到放大器的虚短和虚断特性,可得出输出电流IO的表达式为:

　　IO=(40/RS+0.016/Ω)eln+4mA

        由上式可见,当eIN=0时,IO=4mA;当eIN最大时,调节RS可使IO=20 mA。

　　3设计要点

　　3.1增益调节

　　RS为增益调节电阻,调节RS可使输入电压eIN在从最小值变到最大值时使输出电流IO从4 mA变到20 mA。即ΔeIN= (eIN)MAX-(eIN )MIN对应ΔI =16 mA的输出电流。需要注意的是:为使IO不超过20mA,当RS=∞时,eIN不应超过1V,而当RS减小时,eIN也应相应减小。

　　3.2输入偏置

　　由于XTR101使用的是单电源,因此在正常工作时,信号输入端应加+5V左右的偏置电压。该电压可利用2个内部参考电流源或其中之一通过一个电阻产生,如图2中的R2。

　　由于2个输入端都存在直流偏压,这就相当于在放大器的输入端存在一个共模电压, XTR101的技术指标中已经包含了这部分误差。如果偏置不是5V,而是另外一个共模电压CMV,则会在输入端引入(CMV-5)/CMRR的失调误差(CMRR是共模抑制比)。

　　3.3零点调整

　　XTR101可以把任何范围(小于1V)的电压信号变换为4~20mA的输出电流,它的任务就是在输入电压最小时使输出电流为4 mA,即零点调整,也就是使零点能够上下偏移。可利用图2中的电阻R4和1 mA的内部参考电流源在R4上所产生的压降V4来作为偏移电压进行零点调整。即调节R4,让其在e2′=(e2′)MIN时,使eIN=(e2′)MIN- V4=0。

  4设计举例及应用

　　4·1设计举例