Как сделать токовую петлю

Обновлено: 07.07.2024

2019-10-08 Промышленное Один комментарий

Токовая петля представляет собой проводной интерфейс для передачи данных с помощью измеряемых значений электрического тока. Впервые токовая петля появилась еще в далеких 50-х, но до сих пор она не потеряла актуальность и широко используется в промышленном оборудовании — различных датчиках, исполнительных механизмах и т.д.

На сегодняшний день стандартом токового сигнала является диапазон 4-20 мА, он окончательно вытеснил другие стандарты, использующиеся ранее – 60 мА, 0-5 мА, 0-20 мА. В этом диапазоне току в 4 мА соответствует наименьшее значение сигнала (0), а току в 20 мА соответственно наибольшее значение (100%). Значение тока менее 4 мА означает обрыв цепи, в этом заключается основное преимущество сигнала 4-20 мА перед 0-20 мА. Ток более 20 мА свидетельствует о наличии короткого замыкания в линии. Таким образом осуществляется самодиагностика.

В передатчике токовой петли используется источник тока. Ток, протекающий от передатчика к приемнику, не зависит от от сопротивления кабеля Rкабеля, сопротивления нагрузки Rн, индуктивной составляющей Eинд, от напряжения питания источника тока. Влиять может только емкостная наводка Eемк, которая приложена параллельно источнику тока и не может быть ослаблена. Поэтому для ее ослабления применяется экранированный кабель. В приемнике ток петли преобразуется в напряжение с помощью калиброванного сопротивления Rн. При токе 20 мА для получения стандартного напряжения 2,5 В, 5 В или 10 В используют резистор сопротивлением 125 Ом, 250 Ом или 500 Ом соответственно.

Приведу типичный пример использования данного интерфейса.

Нам необходимо измерить температуру с помощью датчика термосопротивления и передать значение контроллеру. По своему принципу работы датчик в зависимости от температуры изменяет свое сопротивление и это значение мы по идее можем напрямую передавать на ПЛК. Но такой способ далеко не всегда является оптимальным, а в ряде случаев даже неприемлемым.

В первую очередь это связано с тем, что на промышленных объектах приборы разнесены между собой на большие расстояния, что порождает ряд негативных факторов — электромагнитные помехи, которые могут искажать сигнал, сами кабели имеют сопротивление, емкости, индуктивности, что также вносит искажение, датчики могут находиться под разными потенциалами, что обусловлено электромагнитными наводками от силовых линий. Все это может привести к тому, что на контроллер будут приходить неточные значения от датчика.

Во вторых разнообразие различных датчиков, в том числе термосопротивлений, может привести к тому, что контроллер может просто не поддерживать данный тип, а вот унифицированный токовый сигнал 4-20 мА он поддерживать наверняка будет.

Поэтому зачастую наиболее предпочтительным способом передачи данных является использование нормирующих преобразователей, которые вначале преобразуют сигнал от датчика в унифицированный сигнал токовой петли 4-20 мА и затем уже передают его дальше. Такой способ передачи позволяет передавать сигнал без искажений, так как для токовой петли характерны:

высокая помехоустойчивость, так как ток протекающей в контуре не зависит от сопротивления нагрузки, сопротивления кабеля, э. д. с. индуктивной помехи, источника питания, падения напряжения.
высокая точность передачи информации. Ток в отличии от напряжения, величина которого может отличаться на разных участках цепи, всегда одинаков на всем протяжении электрической цепи. Это означает, что качество передаваемой информации (силу тока) можно контролировать не только на приемной, но и на передающей стороне, тем самым подстраиваясь под все изменения параметров линии. Таким образом, система передачи данных на основе токовой петли не требует каких либо дополнительных инструментов калибровки или автоподстройки под конкретную линию связи – эту функцию автоматически выполняет передатчик.

Нельзя не упомянуть и про недостатки данного интерфейса, на которые также следует обращать внимание. Это в первую очередь невысокая по сегодняшним меркам скорость передачи данных, по сравнению с более современными RS-232, RS-485, Ethernet, которая зависит от протяженности линии связи. Обычно она не превышает 9600 кбит/с, что впрочем вполне приемлемо для большинства систем.

Про максимальную длину линии сказать точно не могу, тут многое зависит от сопротивления линии и сопротивления приемника сигнала. По крайней мере при длине до 400м вполне возможна нормальная передача данных.

HART-протокол

В 80-х годах фирмой Rosemount был разработан HART протокол (Highway Addressable Remote Transduser –высокоскоростной адресный удаленный передатчик), как усовершенствование токовой петли. Он является своего рода надстройкой стандартного 4-20 мА, позволяющей передавать по одному проводу помимо аналогового еще и цифровой сигнал. По аналоговому передаются основная измеряемая величина и состояние линии связи, а цифровой несет в себе дополнительные параметры, такие как данные о процессе, тип датчика, настройки прибора, диагностическую информацию. При этом оба сигнала никак не влияют друг на друга.

Цифровой сигнал накладывается на аналоговый методом частотной модуляции, то есть аналоговый передается в диапазоне частот 0. 10 Гц, а цифровой — 1200 Гц, соответствующий логической 1 и 2200 Гц, соответствующий логическому 0. В приемном устройстве с помощью фильтров высоких и низких частот они разделяются. Выбранные частоты для формирования сигнала HART соответствуют американскому стандарту BELL 202, который распространяется на телефонные каналы связи.

Снятие показаний и конфигурирование датчиков, использующих HART протокол, осуществляется с помощью HART-коммуникатора или HART-модема.

HART протокол построен по принципу master/slave, где мастером обычно выступают контроллеры, компьютеры, а в качестве ведомого ((slave) — полевые устройства. Ведомые устройства сами не начинают опрос, они только передают данные в ответ на запросы мастера. В HART сети могут быть два мастера, например контроллер и коммуникатор.

При этом коммуникаторы подключаются последовательно к каждой линии 4-20 мА, идущей от датчиков. В случае, если полевых устройств много, такой способ подключения неудобен, поэтому применяются HART мультиплексоры. В таком случае основная информация с датчиков идет по токовому выходу 4-20 мА, а конфигурация, настройка параметров, калибровка осуществляется либо по шине RS-485 либо по Ethernet HART мультиплексора. Далее эти данные могуть передаваться на контроллер, или на компьютер.

Таким образом можно сказать, что HART протокол является промежуточным вариантом при переходе с аналоговой системы управления процессами на полностью цифровую, но благодаря простоте внедрения в уже существующие установки, широкой поддержке большинством производителей автоматики, он еще длительное время будет использоваться как при модернизации систем автоматизации, так и при внедрении новых.

В эпоху современных стандартов цифровой связи, таких как Bluetooth или Ethernet, гораздо более старые решения все еще можно найти в промышленных системах, включая Токовая петля 4-20 мА. Этот интерфейс, проверенный на протяжении многих лет, все еще воспринимается как привлекательный, в том числе из-за его надежности и относительно низкой стоимости внедрения.

Основы токовой петли 4-20 мА

Токовая петля 4-20 мА - это простой аналоговый интерфейс связи, который позволяет передавать и считывать один измерительный сигнал. В течение многих лет он был одним из самых распространенных стандартов в системах промышленного контроля и управления, известных и используемых в течение нескольких десятилетий. Любая электроника, имеющая контакт с промышленными системами, вероятно, рано или поздно встретит это решение, поэтому вам следует изучить основную информацию по этому вопросу и ознакомиться с принципом ее работы. domino qiu qiu 99

Основы работы токовой петли

Рис. 1. Пример простой токовой петли, состоящей из источника напряжения и трех нагрузок

Для токовой петли 4-20 мА электрическим значением, которое передает информацию, является величина электрического тока, который присутствует. Пример простой токовой петли показан на рисунке 1. Он состоит из источника напряжения и трех нагрузок переменного сопротивления.

Все элементы соединены последовательно, поэтому каждый из них течет с одинаковым током, что является наиболее важной особенностью токовой петли. Благодаря этому, в отличие от сигналов напряжения, можно отправлять информацию на значительные расстояния, не беспокоясь о потерях и помехах, связанных с высоким сопротивлением кабелей передачи.

Измеренная величина преобразуется в текущее значение, предполагается, что текущее значение 4 мА означает 0%, а 20 мА - 100% диапазона измерения. Благодаря смещению нулевого значения сигнала, была получена не только возможность легкого обнаружения ошибок в системе (значение 0 мА на приемнике может обнаружить обрыв в цепи, а значительное превышение 20 мА позволяет идентифицировать короткое замыкание), но и питание компонентов системы непосредственно от сигнальной линии, если только сумма израсходованных через них тока питания не будет превышать примерно 3,5 мА.

Как упомянуто, одна токовая петля может использоваться для поддержки только одного измерительного сигнала, то есть для контроля одной величины. Цикл состоит из определенных типов элементов, которые будут описаны ниже.

Датчик. Необходимым элементом в каждом измерительном тракте является датчик, то есть система, которая преобразует измеренную физическую величину в электрическую, такую как сопротивление или напряжение. Датчики могут быть изготовлены разными способами и с использованием различных технологий, в зависимости от измеряемого размера. Типичные значения, отслеживаемые в промышленных системах с использованием токовой петли, включают температуру, влажность, давление, расход, смещение или, например, уровень жидкости в резервуаре.

Преобразователь / передатчик. Роль преобразователя заключается в преобразовании выходного сигнала датчика в сигнал тока, совместимый со стандартом токовой петли 4-20 мА . Например, если датчик измеряет уровень жидкости в резервуаре высотой два метра, передатчик должен будет преобразовать сигнал датчика при нулевой (минимальной) высоте в силу тока 4 мА, при половине высоты (1 м) до 12 мА и при максимуме ( 2 м) при 20 мА.

Обычно передатчик контролирует сигнал в контуре через переменное значение сопротивления. В зависимости от реализации, передатчик может питаться напрямую от токовой петли или от внешнего источника питания. Различия между этими решениями будут описаны ниже.

Источник питания. Необходимым элементом петли является источник постоянного напряжения. В измерениях используются разные значения напряжения (например, 9, 12, 24 В), хотя наиболее распространенным является напряжение 24 В. Значение напряжения связано с концепцией бюджета контура, который будет обсуждаться позже в тексте. Недооценка бюджета из-за слишком низкого напряжения питания может привести к неисправности системы.

Физически токовая петля состоит из проводов, соединяющих отдельные элементы. Соединительные кабели также вносят некоторое сопротивление в схему, но это обычно опускается из-за низкого значения по сравнению с другими элементами измерительного тракта. Он отличается в случае соединений на значительных расстояниях, порядка нескольких сотен метров. Тогда сопротивление проводов должно быть включено в расчет.

Приемник. Устройство должно быть помещено в цикл для получения и считывания результата измерения, а также для представления его в удобочитаемой форме. Основным элементом приемника является система измерения тока (миллиамперметр), обычно работающая по принципу измерения напряжения, подаваемого на измерительный резистор с известным сопротивлением (обычно 250 Ом). Приемник может быть оснащен многими дополнительными элементами, например, дисплеем или исполнительными механизмами, а также может быть интегрирован с более обширной системой управления и контроля.

Зная сопротивление записывающего устройства (350 Ом) и приемника (250 Ом), вы можете использовать закон Ома для расчета падения напряжения на этих элементах. Это будет 5,75 В (0,023 × 250) для приемника и 8,05 В для рекордера (0,023 × 350 соответственно). Предположим, что минимальное напряжение питания передатчика составляет 8 В, а сопротивление проводов составляет 10,7 Ом (около 40 м при сечении 0,445 мм²), поэтому максимальное падение напряжения на них составляет 0,25 В.

Чтобы получить значение бюджета контура, вычтите все полученные значения падения напряжения из напряжения питания. Для приведенного примера (таблица 1) результат составил 1,95 В, что позволяет утверждать, что токовая петля должна работать должным образом в таких условиях.

Преимущества и недостатки петли 4-20 мА

Наиболее важные преимущества петли 4-20 мА:

Токовая петля 4-20 мА является широко принятым отраслевым стандартом, благодаря которому на рынке можно найти множество устройств, адаптированных к этим требованиям. Это проверенное решение, отличающееся высокой надежностью.

Обеспечивает простоту подключения и настройки.
Требуется использование минимального количества проводов, что значительно снижает стоимость установки системы.
Токовый сигнал намного лучше, чем сигнал напряжения для передачи на большие расстояния, потому что он устойчив к помехам из-за падения напряжения на проводах.
Токовая петля позволяет легко диагностировать повреждения системы, такие как короткое замыкание, поскольку каждый измерительный элемент имеет свою собственную петлю, а нулевое значение сигнала было смещено на 4 миллиампера.

Основным недостатком этого решения является тот факт, что за один цикл может быть отправлен только один измерительный сигнал. Хотя это облегчает диагностику неисправностей, оно требует создания нескольких путей измерения, если вам нужно считывать результаты измерений с нескольких датчиков.

Большое количество проводов может привести к проблемам из-за отсутствия надлежащей изоляции между ними, например, случайных контуров заземления. В то же время, наряду с количеством расположенных рядом петель, возрастают требования к качеству взаимной изоляции проводов.

Пример токовой петли с передатчиком, питаемым от внешнего источника питания (4 провода)

Как уже упоминалось, отдельные элементы измерительного тракта могут использовать внешний источник питания или питаться напрямую от тока, протекающего в контуре. Устройства второго типа называются петлевыми или двухпроводными, поскольку для них требуется только два соединительных кабеля: положительный (+) и отрицательный (-).

Устройства с питанием от контура должны иметь низкое энергопотребление, поэтому они обычно имеют простую конструкцию, включая отсутствие дисплеев или механических переключателей, они также имеют довольно ограниченный набор функций. В результате они также дешевле, чем устройства, которые требуют дополнительного источника питания.

Основным преимуществом использования петлевого питания является простота монтажа системы, особенно в труднодоступных или удаленных местах. Нет необходимости в дополнительных кабелях, вся система также может получать питание от одного источника, например, от батареи или солнечного элемента. Обычно только передатчик подключен напрямую к источнику, который в контуре выполняет функцию источника тока.

Некоторые устройства, предназначенные для токовой петли, используют внешний источник питания. Этим типам систем больше не нужно рассматривать энергосбережение как ограничительное, поэтому они обычно характеризуются более высокой степенью сложности и большей функциональностью, например дисплеи с графическим пользовательским интерфейсом или дополнительными интерфейсами связи для соединения с другими системами. Существует два типа устройств этого типа - с полностью (4-проводной) и частично (3-проводной) изолированной системой электропитания.

Устройства с полностью изолированным источником питания иногда называют четырехпроводными, потому что они имеют четыре провода - два для сигнальных линий и питания. Эти типы систем потребляют энергию от внешнего источника, поэтому они вызывают только минимальное падение напряжения в токовой петле.

Они могут питаться как от постоянного, так и от переменного тока напрямую от электрической сети. При такой конфигурации токовая петля обычно гальванически изолирована от системы электропитания, и между двумя цепями отсутствует постоянный ток.

Благодаря внешнему источнику питания устройства этого типа могут реализовывать гораздо более сложные и энергозатратные функции. Настройка пути измерения с использованием таких устройств также может быть проще, потому что это не требует знаний, связанных с вычислением энергетического баланса цикла.

Несомненным недостатком этого решения является необходимость предоставления дополнительного источника питания для отдельных элементов контура. Кроме того, 4-жильные провода обычно дороже, и при установке требуется больше соединительных кабелей.

3-проводные устройства в основном аналогичны 4-проводным, за исключением отсутствия изоляции источника питания. В этом типе решения сигнальные цепи и цепи питания имеют общее заземление, то есть также общий путь возврата тока.

По сравнению с упомянутыми 4-х проводными системами 3-х проводные устройства имеют меньшую стоимость из-за отсутствия встроенной изоляции, их также легче установить (меньше соединительных проводов). На них может подаваться только постоянное напряжение, поэтому их невозможно подключить непосредственно к электроустановке. Они также требуют более тщательной сборки и прокладки кабеля, потому что в случае неправильной конфигурации контура результат измерения будет зависеть от тока источника питания.

Вывод

Токовая петля 4-20 мА по-прежнему является одним из самых популярных стандартов в промышленных измерительных системах. Он отлично подходит для связи на больших расстояниях, поскольку он не чувствителен к помехам, связанным с падением напряжения на соединительных кабелях, по крайней мере, до тех пор, пока не будет сохранен положительный энергетический баланс контура. Характеризуется также простотой сборки и эксплуатации.

Элементы измерительного тракта могут питаться непосредственно от контура (через передаваемый сигнал тока) или от внешнего источника питания. Устройства с питанием от контура должны иметь низкое энергопотребление, поэтому они обычно более просты по конструкции и имеют меньше дополнительных функциональных возможностей.

Возобновляемая энергетика – совокупность способов использования неисчерпаемых природных ресурсов для получения электроэнергии или других форм энергии. Большинство возобновляемых источников являются альтернативными, то есть они не связаны с использованием топливных полезных ископаемых.

Но затрагиваются и тесно связанные вопросы: развитие электромобилей, предотвращение загрязнение планеты, перенаселение Земли. Атомной энергетике уделено особое внимание, как наиболее спорному способу получения электроэнергии. Одни считают её полностью безопасным способом генерации энергии, другие – агитируют за прекращение работы АЭС. Наиболее важные статьи, описывающие общее состояние отрасли, структурированы в разделы, которые находятся в левом меню сайта.

Авторы сайта убеждены в том, что альтернативные и возобновляемые источники энергии станут решением двух главных проблем человечества. Во-первых, они станут источниками энергии будущего, когда топливные полезные ископаемые будут исчерпаны. Во-вторых, остановят выбросы углекислого газа и глобальное потепление.

Эта статья посвящена схеме аналоговой электрической сигнализации. Для цифровой последовательной связи см. Интерфейс цифровой токовой петли . Об океаническом явлении см. Петлевое течение . Для переменной сетевого анализа см. Контурный ток .

В электрической сигнализации используется аналоговая токовая петля, где устройство должно контролироваться или управляться дистанционно по паре проводов. Одновременно может присутствовать только один текущий уровень.

СОДЕРЖАНИЕ

Показывает эволюцию аналоговой сигнализации контура управления от эпохи пневматики к эпохе электроники.

Пример токовых петель, используемых для передачи сигналов и управления. Показан конкретный пример интеллектуального позиционера клапана.

В промышленном управления технологическими процессами , аналоговый 4-20 мА контуры тока обычно используются для электронной сигнализации, с двумя значениями 4 и 20 мА , представляющих 0-100% от диапазона измерения или контроля. Эти контуры используются как для передачи сенсорной информации от полевых приборов, так и для передачи управляющих сигналов к устройствам регулирования процесса, таким как клапан.

Ключевые преимущества токовой петли:

К измерениям с помощью полевых приборов относятся такие как давление , температура , уровень, расход , pH или другие переменные процесса. Токовая петля также может использоваться для управления позиционером клапана или другим выходным приводом . Поскольку входные клеммы приборов могут иметь одну сторону входа токовой петли, связанную с заземлением шасси, при последовательном соединении нескольких приборов могут потребоваться аналоговые изоляторы.

Связь между текущим значением и измерением переменной процесса устанавливается с помощью калибровки, которая присваивает различные диапазоны технических единиц диапазону от 4 до 20 мА. Сопоставление между инженерными единицами и током можно инвертировать, так что 4 мА представляет максимум, а 20 мА - минимум.

Переход был постепенным и продолжился до 21 века из-за огромной установленной базы устройств на 3–15 фунтов на квадратный дюйм. Поскольку использование пневматических клапанов по сравнению с клапанами с электроприводом имеет много преимуществ с точки зрения стоимости и надежности, пневматическое срабатывание по-прежнему является отраслевым стандартом. Для создания гибридных систем, в которых 4–20 мА генерируется контроллером, но позволяет использовать пневматические клапаны, производители предлагают ряд преобразователей тока в давление (I в P). Обычно они действуют локально по отношению к регулирующему клапану и преобразуют 4–20 мА в 3–15 фунтов на кв. Дюйм (или 0,2–1,0 бар). Затем этот сигнал подается на привод клапана или, чаще, на пневматический позиционер. Позиционер - это специальный контроллер, который механически связан с движением привода.Это гарантирует, что проблемы трения будут преодолены, и элемент управления клапаном переместится в желаемое положение. Это также позволяет использовать более высокое давление воздуха для срабатывания клапана.

Аналоговые токовые петли исторически иногда переносились между зданиями с помощью сухих пар.в телефонных кабелях, арендованных у местной телефонной компании. Во времена аналоговой телефонии шлейфы 4–20 мА были более распространены. Эти схемы требуют непрерывности непрерывного постоянного тока (DC), и, если не была подключена выделенная пара проводов, их использование прекратилось с введением полупроводниковой коммутации. Непрерывность постоянного тока недоступна по микроволновому радио, оптоволоконному кабелю или мультиплексной телефонной цепи. Базовая теория цепей постоянного тока показывает, что ток одинаков по всей линии. Было обычным явлением видеть цепи 4–20 мА с длиной петли в милях или схемы, работающие по парам телефонных кабелей, длина которых от конца до конца превышала десять тысяч футов. Все еще существуют устаревшие системы, использующие эту технологию. В цепях Bell System использовались напряжения до 125 В постоянного тока.

Дискретные функции управления могут быть представлены дискретными уровнями тока, передаваемыми по контуру. Это позволит управлять несколькими функциями управления по одной паре проводов. Токи, необходимые для конкретной функции, варьируются от одного приложения или производителя к другому. Не существует определенного течения, привязанного к одному значению. Почти всегда 0 мА указывает на неисправность цепи. В случае пожарной тревоги, 6 мА может быть нормальным, 15 мА может означать, что пожар был обнаружен, а 0 мА вызовет индикацию неисправности, сообщая месту мониторинга, что цепь тревоги вышла из строя. Некоторые устройства, например пульты дистанционного радиоуправления с двусторонней связью, могут изменять полярность токов и мультиплексировать звук в постоянный ток.

Эти устройства можно использовать для любых задач дистанционного управления, которые может вообразить дизайнер. Например, токовая петля может приводить в действие сирену эвакуации или сигналы светофора, синхронизируемые по команде .

Motorola T-1300 серии дистанционное управление встроено в телефонном корпусе. Циферблат заменен на динамик и регулятор громкости. Этот пульт дистанционного управления использует двухпроводную схему для управления базовой станцией .

Цепи с токовой петлей - это один из возможных способов управления базовыми радиостанциями на удаленных объектах. В индустрии двусторонней радиосвязи этот тип дистанционного управления называется дистанционным управлением постоянного тока . Это название связано с необходимостью обеспечения непрерывности цепи постоянного тока между контрольной точкой и базовой радиостанцией . Дистанционное управление токовой петлей позволяет сэкономить на дополнительных парах проводов между рабочей точкой и радиоприемопередатчиком. Некоторое оборудование, такое как базовая станция Motorola MSF-5000, для некоторых функций использует токи ниже 4 мА. Альтернативный тип, удаленный тональный сигнал , более сложен, но требует только аудиотракта между контрольной точкой и базовой станцией. [2]

Например, базовая станция диспетчерской службы такси может физически располагаться на крыше восьмиэтажного здания. Офис компании такси может находиться в подвале другого здания поблизости. В офисе будет пульт дистанционного управления, который будет управлять базовой станцией таксомоторной компании по токовой петле. Цепь обычно проходит по телефонной линии или аналогичной проводке. Токи функции управления поступают с пульта дистанционного управления на стороне диспетчерской в цепи. При использовании двусторонней радиосвязи в цепи холостого хода обычно отсутствует ток.

При использовании двусторонней радиосвязи производители радиостанций используют разные токи для определенных функций. Полярности изменены, чтобы получить больше возможных функций в одной цепи. Например, представьте одну возможную схему, в которой присутствие этих токов заставляет базовую станцию изменять состояние:

отсутствие тока означает прием на канале 1 (по умолчанию).
+6 мА может означать передачу по каналу 1
−6 мА может означать остаться в режиме приема, но переключиться на канал 2 . Пока присутствует ток −6 мА, удаленная базовая станция будет продолжать прием на канале 2.
−12 мА может дать команду базовой станции передавать по каналу 2 .

Эта схема чувствительна к полярности. Если соединитель кабелей телефонной компании случайно перевернул проводники, выбор канала 2 заблокировал бы включение передатчика.

Каждый уровень тока может замкнуть набор контактов или работать с твердотельной логикой на другом конце схемы. Это замыкание контакта вызвало изменение состояния управляемого устройства. Некоторое оборудование дистанционного управления может иметь параметры, установленные для обеспечения совместимости между производителями. То есть базовая станция, которая была сконфигурирована для передачи с током +18 мА, могла иметь параметры, измененные на (вместо этого), чтобы она передавала при наличии +6 мА.

При использовании двусторонней радиосвязи сигналы переменного тока также присутствовали в паре цепей. Если бы базовая станция была в режиме ожидания, принятый аудиосигнал передавался бы по линии от базовой станции в диспетчерскую. При наличии тока команды передачи пульт дистанционного управления будет отправлять аудио для передачи. Голос пользователя в диспетчерской будет модулироваться и накладываться на постоянный ток, который заставляет передатчик работать.

При изменении V_х изменяется и ток 1_Х, что приводит к модуляции тока нагрузки /_н в пределах 4-^20 мА. Поскольку минимальный ток в цепи нагрузки составляет 4 м А, то его хватает для поддержания работы передатчика и запитки датчика. Разумеется, в схеме должны быть предусмотрены регулировки для установки начальной и конечной точек диапазона изменения тока.

Рис. 1.46. Формирователь тока нагрузки

Так как 1_Н = 1_Ь +1₃, с учетом (1.20) имеем

и крутизна передаточной характеристики по входу 17 _х составит

Аналогично (1.22) крутизна по цепи смещения составит

Начальная точка передаточной характеристики может быть получена из уравнения

1. Задаемся значениями Л₅ = 25 Ом и R3 = 2,5 кОм (Д₅ вых min v н min н оп 7

Рис. 1.47. Приемник токовой петли: а — передаточные характеристики; б — принципиальная схема

Для конечной точки желаемой передаточной характеристики [/ вых_и„=( / н_т1 й н ~и_оп)т = 0, следовательно,

Пример. Рассчитать параметры приемника по схеме рис. 1.47, б при /„ = (4+20) мА; Я_и = 100 Ом; (7_ВЫХ = (0+5) В.

Из (1.26) находим

Из (1.27) находим

Из (1.28) находим

Номиналы резисторов Я₃ и Яг следует выбирать достаточно низкоомными, чтобы, с одной стороны, исключить дополнительное смещение ОУ по входу, а с другой не перегружать (7_оп. Например, можно выбрать Яг = = 242 Ом, Яз = 758 Ом.

По близкой к рисунку 1.47, б схеме построен интегральный токовый приемник RCV420 фирмы Texas Instruments.

Читайте также: