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集成化精密电流变送器的原理与应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

.05%,非线性误差仅为±0.003%。
  
  4)环路电源电压的允许范围宽,Us=7.5~36V。XTR115由环路电源供电。工作温度范围是-40℃~+85℃。
  
  5)专门设计了功率管接口,适配外部NPN型功率晶体管,它与内部输出晶体管并联后可降低芯片的功耗。
  
  2.2工作原理
  
  XTR115采用SO-8小型化封装,其内部电路框图及基本应用电路如图1所示。U+为电源端,接环路电源。UREF为2.5V基准电压输出端。II端接输入电流。IRET为基准电压源输出电流和稳压器输出电流的返回端,可作为输入电路的公共地。OUT为4~20mA电流输出端。UREG为+5V稳压器的输出端。B和E端为外部功率管的接口,分别接功率管的基极(B)和发射极(E)。功率管的集电极(C)接U+端。芯片内部主要包括输入放大器(A),电阻网络,输出晶体管(VT1),2.5V基准电压源和+5V稳压器。RLIM为内部限流电阻。外围元器件主要有输入电阻(RI),功率管(VT2),环路电源(Us)和负载电阻(RL)。输入电压UI先经过RI转换成输入电流II,再经过XTR115放大后从OUT端输出4~20mA的电流信号。为减小失调电压以及输入放大器的漂移量,要求UI>0.5V。输出电流与输入电流、输入电压的关系由式(1)确定。
  
  Io=100II=100UI/RI(1)
  
  3XTR系列产品的应用电路
  
  3.1应变桥电流变送器
  
  由XTR115构成应变桥电流变送器的电路如图2所示。将脚3视为公共地,由脚1给应变桥提供+2.5V的电源电压。前置放大器采用TL061型单运放(亦可采用OPA2277型双运放,仅用其中的一个运放),由+5V稳压器单独给运放供电。RI为20kΩ输入电阻,C为降噪电容,VT为外部NPN功率管,可选2N4922,TIP29C或TIP31B等型号。以2N4922为例,其主要参数为UCEO=60V,ICM=1A,PCM=30W。该电路的工作原理是当试件受力时,应变桥输出的电压信号首先经过前置放大器放大成0.8~4V的输入电压UI,再通过RI转换成40~200μA的输入电流II,最后经XTR115放大100倍后获得4~20mA的电流。
  
  需要指出,XTR115只能配NPN功率管,不能配MOS场效应功率管。外部功率管应满足XTR115对电压、电流的要求,使用中还须给功率管装上合适的散热器。
  
  3.2保护电路的设计
  
  保护电路应兼有反向电压保护与正向过压保护两种功能。XTR115的保护电路如图3所示。反向电压保护电路由二极管整流桥VD1~VD4组成,可防止因将环路电源的极性接反而损坏芯片。整流二极管可选用1N4148型高速硅开关二极管,其主要参数为URM=75V,Id=150mA,trr=4ns。采用桥式保护电路之后就不用再考虑环路电源的极性,因为,无论Us的极性是否接反,它总能保证U+端接得是正电压。鉴于在任何时刻整流桥上总有两只二极管导通,因此,在计算环路电压ULOOP时须扣除两只硅二极管的正向压降(约为1.4V),由式(2)确定。
  
  ULOOP=Us-IORL-1.4(2)
  
  过压保护电路采用一只1N4753A型稳

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