带有自动衰减的4~20ma电流源的电路设计及原理解析

        前几天网上有人曾求助：“4~20ma电流源能否实现线性衰减”我为此做了该电路设计。可是设计完后，却找不到此帖，为此将该电路的设计及电路工作原理在此发表，希望能对求助者及搞电路设计的初学者有所帮助。电路图如下图一：

                            图一、带自动线性衰减的4~20ma电流源

        该电路的输入信号为正常的4~20ma电流源，流经250Ω标准电阻，转换为1~5V电压信号，该电压经图中上半部分电路，将1～5V电压又转换为4~20ma电流（即图示 I1），该电压经图中下半部分电路，将1～5V电压转换为0 ～ －16ma 电流（即图示 I2），总的输出电流I = I1+I2。

    在正常情况下图中的J1触点闭合，使I2=0，故：I = I1   如I1= +20ma时，在t1时刻J1触点断开，I2电流将由0开始向负方向增加，经T时间，在t2时刻I2=－16ma（见下图I2），其和电流 I 在t1时开始线性下降，到t2时后，I =20－16=4 (ma) 且保持不变。

图二、I1、I2、I 的波形图

下面我们分别分析图一的上下二部分的电路工作原理：

1、   上半部分的电路工作原理：

该电路是由LM358双运放与2只晶体管及几个电阻组成，运放器U1的供电电压为0～+24V，其U1A与晶体管G0组成电压跟随器，即G0的发射极电压=U1A的3脚的输入电压，如输入电压=1V，则G0 的发射极对地电压=1V，由于R1=R2，故R2的电压也=1V，即G0的集电极对+24V的电压=1V。U1B与G1也是电压跟随器电路，故R3的电压也=1V，R3=250Ω,G故R3的电流=1÷250=0.004（a）=4ma. 如输入电压=5V，则G0 的发射极对地电压=5V，由于R1=R2，故R2的电压也=5V，即G0的集电极对+24V的电压=5V。U1B与G1也是电压跟随器电路，故R3的电压也=5V，R3=250Ω,故R3的电流=5÷250=0.02（a）=20ma.由于R3的电流=I1,故当输入1～5V电压时，对应输出 I1 的输出电流为：4～20ma。

                           图三

2、  下半部分的电路工作原理：

             图四、