在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题： 第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰； 第二，传输线的分布电阻会产生电压降；
第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，见图1。在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。由于TI的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。 电桥传感器的大多数应用是用于测量压力。在一个实际电路中，如果惠斯登电桥每条臂上的电阻为2k ，那么无论从激励电压端或差分输出端看进去，它的等效电阻都是2k 。在没有压力的时候，它的电桥是平衡的，输出电压为0。当施加压力时，由于电桥失衡，会产生一个差分电压，差分电压便会反映这个压力的大小。
满度和调是压力传感器的两个主要技术指标，现实世界里使用着的传感器都存在着一定的非线性，它的输出电压会随着温度的变化而变化。输出电压随温度的变化不是线性的，满度和调都具有这种性质。
4～20mA的传感器信号调理解决方案
4～20mA电流环在结构上由两部分即变送器和接收器组成，变送器一般位于现场端、传感器端或模块端，而接收器一般在PLC和计算机端，它一般在控制器内。
二线制4～20mA电路应用，其工作电源和信号共用一根导线，工作电源由接收端提供。为了避免50/60Hz的工频干扰，采用电流来传输信号。二线制方案需要考虑的主要问题：确定所用接收器的数量，当有多个接收器时，它将要求变送器拥有一个较低的工作电源电压。另外一种考虑是降低回路电流在接收端的压降。
二线制方案设计需要考虑：
（1）电路环中的接收器的数量：更多的接收器将要求变送器有较低的工作电压； （2）变送器所必需的工作电压要有一定的余量；
（3）决定传感器的激励方法是电压还是电流。
图2为TI提供的带有电压调节和参考电路的二线制方案。图中XTR115/116是用于4～20mA信号的精密的信号转换器，它包含有5V电压的稳压电路，可以向外部电路供电。一个精密的片上基准电压可以用于电压偏置或者传感器的激励。
三线制4～20mA电路在设计上是由变送器端提供工作电源，为避免50/60Hz的工频干扰，采用电流来传输信号。XTR调节器和现场的负载共用一个地接。方案设计需要考虑：
（1）电流环路中的接收器的数量；
（2）更多的接收器要求变送器拥有更高的工作电压；
（3）保证变送器所必需的工作电压，并应该有一定的余量。
TI提供的三线制的变送器应用方案如图3所示，图中XTR110是一个用于模拟信号传送的精密的电压-电流转换器，它可以将0～5V或0～10V的输入电压直接转换到4～20mA、0～20mA、5～25mA的输出信号。XTR110含有精密的电阻网络，以适应不同的输入输出要求。一个10V的电压参考可以用于驱动外部电路。
编辑本段
4～20mA的校正 传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光
或手动电阻器调整，而调整是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。电子器件和传感器调整起来不够方便。 现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽的调整范围；调整过程中不存在相互影响；电子器件和传感器可以很方便地调整。
XTR108是TI提供的校正4～20mA的解决方法。它具有480 A的电流参考，它提供RTD的非线性校正，不需要外加可调电阻器。XTR108的特点有：
（1）具有传感器的线性化电路；
（2）数字校正。通过SPI接口可以直接对XTR108设置，通过SPI接口可直接编程EEPROM；
（3）自动稳零的可编程增益的应用放大器的增益范围为6.26～400倍；
（4）RTD激励的可编程电流的分辨率为1.54 A；
（5）校正参数存储在外接的EEPROM中；
（6）可编程的过量程和欠量程的输出。
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此外，TI还提供一款桥路传感器的数字校正解决方案——PGA309，它是专为压力桥路传感器设计的可编程模拟信号调节器。它模拟放大器传感信号并提供对调电压和满度电压的数字校正，由于避免了手动调整而获得了长期的稳定性，并将输出电压信号转换成4～20
mA的输出。
0~10V转换为4~20mA电路分析
信老师，您好！
我是机械电子专业的学生，正在做“电流转换电路”的设计，0~10V转换为4~20mA，我遇到了很大的问题，就是不会推导输入电压和输出电流的关系式，我附上了题目和相关的图，您能就以下两个思考题帮我分析一下么？然后给我回复。我在中华工控网也给您回帖了！
万分感谢，有机会来北京我请您吃饭，呵呵！
[附题]
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气囊材料简要说明：
为提高抗干扰能力，模拟信号经常采用4~20mA电流信号进行远距离传输。本电路的功能是将0~10V的输入电压信号ui转换成4~20mA的电流信号Io供长距离传输用。
思考题：
1．电路中电位器W1、W2和W3的作用各是什么？怎样相互配合调整才能使输出范围为4~20mA。
2．图中第2级放大器的增益应如何计算？（难点）
回答：
1， 首先说明，按照你提供的参数是不能正常工作的！
2， N1在输入10V时会反相饱和导通。原因是你在抄袭电路时，将R2，W1的阻值搞错了。
3， 第1级N1是反相衰减是放大器，应该将输入的0～10V电压信号变成负0～1.6V的信号。增益A=-(RF/Rf)Ui
RF=R2+W1=1.5KΩ+200Ω
Rf=R1=10KΩ
此时 A=-（1.6/10）Ui=0.16(0~10V)=0~1.6
4, 第2级N2是反相加法器，在接受前级输入的-0~1.6V同时与零点基准电压W2取来的-4V电压相加后，再与反馈电压VR11(0.4~2V)比较取得平衡，从而达到稳定输出电流的目的。
加法器电路是一个典型的反相加法放大器，输出电压Eo可以有以下公式表示：
Eo=-[Vi1(RF/Rf1)+Vi2(RF/Rf2)]
式中 Eo 输出电压
Vi1 前级来的信号电压（-0～1.6V）
Vi2 系统零点基准调节电压（-4V）
RF 加法器反馈电阻（10KΩ+600Ω）
Rf1 前级信号输入电阻（10KΩ）
Rf2 基准调节电压信号的输入电阻（100KΩ）
由于后一级电路要求，反相加法放大器是一个1：1的加法电路。所以
Eo=-[Vi1(RF/Rf1)+Vi2(RF/Rf2)]
=-[Vi1(10.6/10)+Vi2(10.6/100)]
=-[0~1.6(1~1.06)+4(0.1~0.106)]
=-[0~(1.6~1.696)+(0.4~0.424)]
=-0.4~(2~2.12)V
反馈电压VR11=（4～20mA）100Ω=0.4~2V
电话计费系统A,首先调整W2，使输入信号在0时，输出信号为4mA。最好精确测量W2的调节输出为4V。
B,再输入10V信号，调节W1使输出信号为20mA。
C,再将输入信号降为0，观察输出信号是否回到4mA。如果偏离4mA,可微调W3使输出为4mA。
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D,重复B,C,直到输入0～10V，输出4～20mA即可。
所以，W1=量程满度电位器；W2=零点调节电位器；W3=校正电位器。
不知道这样回答能否使你满意？
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0~5V/4~20mA电压电流转换典型电路
希望对大家的学习有点儿促进作用!
实际应用时,可以在0~5V输入端并一只10K电阻,可以解决部分网友发生输出不可调整的问题.
零点调整电位器上端至电源间的100K电阻换成51K即可.
bbs.gkong/dispbbs.asp?Boardid=9&ID=93033
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4-20 mA电流环原理分析
订阅加法器电路
一般传感器会把一个物理信号利用电桥等转化为与之对应的电信号，比如电压或电流。下面以一个恒流源电路来分析电压信号怎么产生与负载无关的电流信号，当然要产生4-20mA的电流信号，则把电压信号利用放大电路进行变换之后肯定是能做到的。如果传感器直接出来的是电流信号，则可以先变为电压信号，再经过信号调理电路肯定还能转换到4-20mA的电流信号。当然变换过程中的关系别人不需要知道。但是自己得知道，这样才能知道4mA的电流对应的物理量是多少，20mA的信号对应的物理量是多上少。
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