Точная передача аналоговых сигналов на большие расстояния в шумных производственных средах представляет собой сложную проблему для разработчиков. Одно из самых старых решений – изолированная токовая петля – до сих пор остается одним из лучшим. В этой статье представлен простой оптически изолированный линейный приемник токовой петли, в котором использованы распространенные общедоступные компоненты.
Приемник питается от одной неизолированной шины 12 В, формируя удобный 5-вольтовый выходной сигнал, пригодный для дальнейшей аналоговой обработки, цифрового преобразования или других манипуляций, требуемых для конкретного приложения. В комплекте с передатчиком, описанным в [1], эта схема позволит создать законченную надежную многоточечную линию передачи аналоговых данных.
В схеме используется простой метод реализации недорогой точной аналоговой изоляции: работа многоканального диодно-транзисторного оптрона в линейном режиме (Рисунок 1).
 |
||
| Рисунок 1. | Используя недорогие распространенные компоненты, можно собрать оптически изолированный линейный приемник токовой петли. |
|
Входящий токовый сигнал 4-20 мА в отношении 1:4 разделяется между активной оптопарой U2b и пассивными оптопарами U2a и U2d. Это деление создает для последующих цепей приемника более удобно управляемый сигнал 0.8-4 мА. Соотношение токов 1:4 относительно грубо задается последовательной цепочкой резисторов 1 кОм и 249 Ом, и улучшается с помощью резистора 31 кОм, включенного параллельно светодиоду оптрона U2b для компенсации нелинейности.
Плотность токов, проходящих через светодиоды оптронов U2a и U2d вдвое больше, чем ток светодиода U2b, вследствие чего прямые падения напряжений на светодиодах U2a и U2d примерно на 35 мВ выше, чем на U2b. Ток параллельного резистора, шунтирующего светодиод оптрона U2b, нейтрализует результирующее смещение тока, которое может стать причиной нелинейности порядка 1%.
Контур обратной связи, замыкаемой усилителем U3, обеспечивает точное отражение тока светодиода оптрона U2b на противоположной стороне изолирующего барьера светодиодом U2c. Этот ток служит для принудительного выравнивания токов фототранзисторов оптронов U2b и U2c и является единственным способом, позволяющим току светодиода U2c отслеживать ток светодиода оптрона U2b.
Любое незначительное несоответствие между коэффициентами передачи токов оптронов U2b и U2c устраняется с помощью калибровки тестовым сигналом, выполняемой подстроечным резистором «Калибровка», в результате которой реализуется точное преобразование напряжение-ток с общим коэффициентом 0.25 В/мА. Нечувствительность калибровки к старению компонентов и изменению температуры обеспечивается идентичностью рабочих точек оптопар.
Купить LMC6081 на РадиоЛоцман.Цены
