差分转单端电路、仪表运放、4-20mA转0-5V

原创 已于 2022-08-11 10:35:08 修改 · 9.1k 阅读 · 42 ·
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#嵌入式硬件 #硬件工程

于 2022-08-11 09:54:55 首次发布

一.差分转单端

 二.仪表运放

 三.4-20mA转0-5V---单运放形式

 

 

单端信号、差分信号及其转化
weixin_44742879的博客
03-05 1万+
所谓差分信号是指两个信号幅度相等，相位相反的电压信号。单端信号与差分信号的相互转化就是将一路信号转化为两路相反的信号的过程。例如一路正弦波信号转化为两路差分正弦波信号。如果要完成下图所示的信号转换：将峰峰值1V的正弦波转化差分正弦波，即为将1V的正弦波转化为0.5v的正弦波和及与之相位相差为180度的0.5V的正弦波。
差分模拟信号转单端输出电路设计
小幽余生不加糖
02-09 1万+
将输入的差分正弦模拟信号0~16V Vpp信号先经过电阻网络分压，当前电路按照10:1分压，后经过由运放构成的加减电路输出单端信号。因为运放为单电源供电，所以防止失真和满足0-3V输出的需求，这里需要在运放前端输入信号上加直流偏置，将信号全部配置在0V以上。这里注意的是，运放前端10:1分压，运放为单电源供电3.3V。一般做差分输入转单端输出的电路用，仪表放大器或者专用的差分运算放大器。但是该电路采用单电源供电，没有引入额外的元器件，所以在运放的选型上要格外考虑，普通的通用运放无法满足该设计要求。
​​[硬件电路-299]：差分运放相对于单端运放的优缺点
最新发布
文火冰糖（王文兵）的博客
09-21 1074
差分运放（Differential Amplifier）和单端运放（Single-Ended Amplifier）是模拟电路中两种常见的放大器结构，它们在信号处理方式、抗干扰能力、应用场景等方面存在显著差异。需控制差分对长度匹配（误差<50mil），并远离高速数字信号（高速数字信号对于模拟信号而言，就是高频噪声）。直接兼容差分输出传感器（如应变片、热电偶、差分ADC输入），无需额外单端转换电路。匹配要求：电阻精度需严格匹配（如±0.1%），否则会引入增益误差和失调电压。：需优化补偿电容或选择高速差分运放。
AD7982差分转换单端信号电路设计
08-20
许多应用都要求通过高分辨率、差分输入ADC来转换单端模拟信号，无论是双极性还是单极性信号。本直流耦合电路可将单端输入信号转换为差分信号，适合驱动PulSAR系列ADC中的18位、1 MSPS器件AD7982.该电路采用单端转差分驱动器ADA4941-1 和超低噪声5.0 V基准电压源ADR435 ，可以接受许多类型的单端输入信号，包括高压至低压范围内的双极性或单极性信号。
差分音频转单端音频单电源方案
电子绿洲的博客
04-06 3685
其中，芯片设计中的轨到轨输出（Rail-to-Rail Output） 是指通过特定的电路设计，使芯片（如运算放大器、驱动电路等）的输出电压能够达到或接近电源电压的上下极限（即“电源轨”），从而最大化信号的动态范围。最终，Vout=R2/R1*(Vin2−Vin1)，即输出电压为输入电压差(Vin2−Vin1)乘以电阻比R2/R1。2、电阻：R1、R2、R3、R4是电路中的电阻，其中R1 = R3，R2 = R4。因R1=R3，R2=R4，且Vn=Vp，设R1=R3=R，R2=R4=kR。
vivado：差分信号和单端信号 的相互转换 IBUFDS OBUFDS
qq_52137732的博客
11-10 1万+
FPGA能处理的都是单端信号，但有些输入信号是差分的，这时候就需要把差分信号转为单端信号。
vivado Xilinx V7差分转单端时钟
weixin_46510770的博客
02-09 3042
其内部时钟可以看到是一个差分时钟，需要转为单端时钟。baba因为Xilinx内部只有一个差分时钟，我们需要转为单端来使用，下面是差分转单端的教程。鄙人的一点总结，有错误请指出！第三步：找到原语，需要将调用部分括号内改为对应的差分时钟输入和单端输出（后面有注释）若要改为全局时钟还需要加上。
单端/差分转化电路
热门推荐
weixin_42257266的博客
08-06 4万+
所谓差分信号是指两个信号幅度相等，相位相反的电压信号。单端信号与差分信号的相互转化就是将一路信号转化为两路相反的信号的过程。例如一路正弦波信号转化为两路差分正弦波信号。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/ce895f7b4b274f16a51d4421d4b335a0.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4
编码器差分转单端电路（含原理图），基于STM32编码器接口模式的程序设计及电路设计
涔涔的博客
11-28 1万+
市场上常见的增量式编码器大多都是A,B,Z相，但例如A+,A-,B+,B-,Z+,Z-这类的编码器其实就是所谓的差分编码，一般出现在有伺服驱动器的场景上用到，或者需要远距离传输时。因为带有对称负信号连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。那么问题来了，在使用定时器编码器模式时，该怎样去接线。这时候就需要用到差分转单端外围电路的实现。以三路编码接口AB相为实例（如果需要Z相，原理基本一样），附带原理图（亲测），需要封装库的话可以私信我。
运放恒流驱动热敏电阻-差分放大-差分转单端
刻[苦] 的 blog
07-11 3081
使用热敏电阻测量温度时常用分压器电路，即： 它的问题是输出电压对RT 的阻值是非线性的： VADC=5R5+RT∗RT V_{ADC} = \frac{5}{R5 + RT} * RT VADC​=R5+RT5​∗RT 用这种电路测量温度时基本上只能用打表法，也就是预先把ADC 值和温度的对应表存到程序里。如果希望让R5R5R5 尽量大从而让系数差不多是常数，那又会导致输出的电压太小，分辨力下降。 因此考虑使用运放搭建的恒流源驱动电阻。 这个电路的初衷是用前一级运放作为恒流源驱动电阻RL。RF 是采样反
顺源科技4-20mA转0-5V芯片
06-06
4-20mA转0-5V芯片转0-5V4-20mA转0-5V芯片
AD8130差分转单端放大器模块.pdf
05-18
这是有关基于AD8130的差分放大模块，望对你们的设计有用！
单端转差分Multsim电路仿真
08-04
单端转差分Multsim电路仿真。
实用电路精讲系列---双级运放放大电路（差分放大+跟随缓冲）
weixin_40590799的博客
08-06 2156
本文分析了双极运放放大电路的工作原理及其典型应用。该电路结合差分放大器和跟随缓冲器，实现高精度信号放大与阻抗匹配。差分放大器通过放大差模信号并抑制共模噪声提升信噪比；跟随缓冲器则提供阻抗变换，确保信号稳定传输。两者协同工作可优化输入阻抗、增强噪声抑制并提高设计灵活性。文章还列举了10个典型应用案例，包括医疗设备、工业传感器和新能源系统等，展示了该电路在精密电子系统中的关键作用。最后通过实用电路分析，详细说明了各模块功能及设计注意事项。
使用TL431与LMV358制作4-20ma转0-5v电路，给出具体接法
07-16
嗯，用户要求使用TL431和LMV358设计一个4-20mA转0-5V的电路。首先需要理解电流转电压的基本原理。4-20mA信号通常需要先通过精密电阻转换成电压，再进行放大或平移。LMV358是双运放，适合做两级处理，TL431则提供稳定...
4-20mA转0-3.3V信号电路，同时信号输入至STM32F103RCT6主控芯片，使用OPA317QDBVRQ1的运放进行设计
07-18
嗯，用户要求设计一个4-20mA转0-3.3V的电路，使用OPA317QDBVRQ1运放，并将信号输入STM32F103RCT6。这个需求很明确，属于工业标准信号调理的经典应用场景。 用户提供的引用资料很有价值，特别是引用[1]展示了类似...
主控芯片输出的0-3.3V信号转换成4-20mA信号输出,使用OPA317QDBVRQ1设计，运放电源为单电源5V，给出具体接法
07-18
我们使用OPA317QDBVRQ1运放设计一个0-3.3V到4-20mA的转换电路，单电源5V供电。 注意：OPA317QDBVRQ1是轨到轨输入输出运放，适合单电源5V供电。 4-20mA电流环通常需要一个电压转电流电路，这里我们采用经典的...
差分信号经运放后转为单端输出供单片机采集原理图
qq_36219010的博客
08-16 1万+
原理图如图1所示 在当R9=R10，R8=R7的情况下输出电压： VO=(VIN1−VIN2)∗R9/R8+VrefV_O=(V_{IN1}-V_{IN2})*R_9/R_8+V_{ref}VO​=(VIN1​−VIN2​)∗R9​/R8​+Vref​ 电路分析 .step1：需要理解的是运放的“虚断” 、“虚短”的概念，如果这个不熟悉还得去翻翻《模拟电子技术基础》。楼主觉得其实这个也没什么好难...
温度转4-20ma
06-05
<think>首先，用户的问题是：“我想将温度转换为4-20mA电流信号的相关技术或方法请问温度传感器转换为4-20mA信号的方法或电路设计”。用户引用了三个参考信息，我需要从中提取相关内容并结合我的知识回答。参考内容：-引用[1]：描述4-20mA电流信号转为0-5V或0-10V电压信号的过程，基于欧姆定律和电阻分压原理，有电路设计方案。-引用[2]：讨论4-20mA电流信号的采样，使用电流采样+运放方案。-引用[3]：详细描述热敏电阻温度变送器，将温度信号通过热电阻/热电偶转换为4-20mA电流信号，使用单片机算法处理，有线性化、冷端补偿等功能，确保高精度。用户的核心需求是将温度转换为4-20mA信号的方法或电路设计。所以，我将基于引用信息和一般知识构建回答。回答结构：-系统级指令要求：所有行内数学表达式使用$...$，独立公式使用$$...$$，并单独成段。使用中文回答。生成相关问题。引用的段落末尾添加引用标识如[^1]。回答应结构清晰，分步骤解释。大纲：1.**引言**：简要介绍温度到4-20mA转换的重要性和基本原理。2.**主要方法**：-方法一：使用专业温度变送器（基于引用[3]）。-方法二：使用运放电路转换（基于引用[1]和[2]，但反向：电压转为电流）。-描述电路设计方案。3.**关键考虑因素**：如线性化、冷端补偿（针对热电偶）、精度要求等。4.**电路设计示例**：提供一个简单的电路图或描述。5.**总结和建议**。6.**生成相关问题**。在回答中自然插入引用。关键点：-从引用[3]：温度变送器使用单片机处理数据，线性化，补偿冷端，保证0.1级精度。-温度传感器可以是：热敏电阻（如NTC/PTC）、热电偶、RTD（如Pt100）等。引用[3]提到支持多种传感器。-将温度信号转换为电流信号的方法：一般是将温度传感器输出（如电阻变化或电压变化）转换为4-20mA电流信号。常见电路使用运放和电阻网络。方法：-**电压电流转换电路**：使用运放搭建的电流源电路，可以将输入电压（来自温度传感器放大）转换为4-20mA电流输出。-**专用IC**：市场上有时用专用芯片如XTR系列（来自TI或其他）简化设计。-**基于微控制器的系统**：如引用[3]，使用单片机进行采样、线性化后控制输出。电路设计思路：1.温度传感器输出（例如热敏电阻的电阻值变化）。2.转换为电压（如果输出是电阻，使用桥电路；热电偶输出微伏电压）。3.放大信号（使用仪表放大器放大微弱信号）。4.线性化处理（如果不是线性）。5.电压转电流电路：使用一个放大器电路（如Howland电流泵）或精密电流源IC。公式需求：-引入欧姆定律：$V=I\timesR$（引用[1]中提到）。-温度补偿公式：如果需要，举例热电偶冷端补偿。-使用$$...$$格式独立公式。生成相关问题：-需要3-5个相关问题，类似示例中那样。最后，确保中文回答，引用末尾加[^number]。</think> ### 温度传感器转换为4-20mA信号的方法与电路设计 将温度信号（如来自热敏电阻、RTD或热电偶）转换为4-20mA电流信号是工业控制中的常见需求。这种转换可以用于长距离传输温度数据，具有抗干扰性强、易于接线的优势。以下是基于引用信息和工业实践的逐步解释：方法包括专业温度变送器和自制电路设计，重点考虑线性化、补偿和精度。 #### 1. **基本转换原理** 温度传感器输出通常是非线性的模拟信号（如电阻变化或小电压），转换为4-20mA电流需要实现以下步骤： - **信号转换**：首先将温度传感器输出转化为线性电压信号。例如，热敏电阻（如NTC）的电阻值变化可通过惠斯通桥转换为电压，然后放大。 - **电流转换原理**：最终使用欧姆定律 $ V = I \times R $ 将电压信号变为电流。在电流环中，输出电流通过一个固定电阻生成电压降，形成闭环控制。例如： $$ I_{\text{out}} = \frac{V_{\text{in}}}{R_{\text{sense}}} $$ 这里，$ I_{\text{out}} $ 是输出电流，$ V_{\text{in}} $ 是从温度信号转换的电压，$ R_{\text{sense}} $ 是一个采样电阻（通常选择250Ω，以便于将4-20mA转换为1-5V电压作为反馈）[^1]。 - **整体过程**：温度信号 → 放大 → 线性化（软件或硬件） → 电压转电流 → 输出4-20mA。 #### 2. **主要方法** 在实际应用中，有两种常见方法：使用专业温度变送器模块或设计定制电路。 - **方法一：专业温度变送器（推荐）** 引用[3]描述了这种方法的核心优势：贝福科技的温度变送器支持多种传感器（如Pt100、热电偶），通过单片机进行智能处理： - **处理流程**：传感器输入 → 隔离放大 → ADC采样 → 单片机算法处理（线性化和补偿） → DAC输出到电流驱动电路。 - **关键功能**： - **线性化**：单片机根据国标分度表修正非线性的传感器特性，例如热电偶的输出电压与温度成非线性关系，通过算法调整为线性响应。 - **冷端补偿**：对热电偶使用内置温度传感器补偿冷端误差（基于公式：补偿温度 = 实测热电偶电压 + 冷端电压）。 - **隔离保护**：输入、输出和电源之间全隔离，承受2500VDC耐压，确保工业环境安全。 - **精度**：达到0.1级精度，自定义分度表也可支持[^3]。 - **优点**：高精度、易于集成（如引用[2]所述，某宝模块体积大，变送器更紧凑）、防干扰。 - **缺点**：成本较高，适用于批量应用。 - **方法二：自制电路设计** 如果预算有限或需要定制，可基于运放设计电路。引用[1]和[2]提供了基础思想：4-20mA信号转换涉及电阻分压和运放。但用于“温度到电流”转换时，需反向实现（即电压转电流）。 - **电路结构**：典型方案使用一级放大器（仪表放大）和一级电压转换电流（Howland电流泵或专用IC）。 - **设计步骤**： 1. **输入级（温度信号放大）**：传感器为热敏电阻时，通过桥电路转换为电压。例如，NTC热敏电阻输出电阻值 $ R_{\text{ntc}} $，用惠斯通桥生成电压差： $$ V_{\text{bridge}} = V_{\text{ref}} \times \left( \frac{R_2}{R_2 + R_{\text{ntc}}} - \frac{R_1}{R_1 + R_3} \right) $$ 再用仪表放大器放大微弱信号，增益 $ G $ 调节输出电压范围（如0-5V）。 2. **线性化处理（可选）**：如果不是专业变送器，使用模拟电路（如对数放大器）或反馈电阻实现部分线性化，但精度较低。更佳做法是配合微控制器（如Arduino）采样后软件线性化（如引用[2]中提到的运放+ADC方案）。 3. **电压转电流级**：核心部分用运放搭建电流源电路。 - **元件选择**：常用LM358双运放或专用IC如XTR111（精密电流源）。 - **示例电路**： - 参考引用[1]的反向原理：将 $ V_{\text{in}} $（放大后的电压）通过运放和采样电阻转换为电流。简单Howland电流泵电路如下： ```plaintext V_in (0-5V) → [运放+]-| |-- Rsense (250Ω) → I_out (4-20mA) |-- 反馈网络 ``` 公式： $ I_{\text{out}} = \frac{V_{\text{in}}}{R_{\text{sense}}}} $。设定 $ R_{\text{sense}} = 250Ω $，对应输入0-5V输出4-20mA（因为4mA × 250Ω = 1V，20mA × 250Ω = 5V）[^1][^2]。 - **实际电路注意**：添加限流电阻和滤波电容增强稳定性。引用[2]提到运放采样调试中需考虑精度误差（如电阻温漂），建议使用0.1%精密电阻。 4. **输出保护**：串联二极管防止反向电流，提高工业适用性。 - **优点**：成本低、灵活定制。 - **缺点**：精度受元件质量影响（如引用[2]所述某宝模块精度高，但自制可能仅达1%），需要调试线性化。 #### 3. **关键设计因素** - **传感器选择**：热敏电阻（NTC）适合低成本应用；RTD（Pt100）提供高精度；热电偶需冷端补偿。引用[3]强调定制分度表的重要性[^3]。 - **线性化问题**：温度传感器非线性严重（如NTC电阻指数变化），硬件方法可用线性化电阻网络，但软件方法更精确（基于单片机）。 - **补偿机制**：对热电偶，必须实现冷端补偿（使用室温传感器和算法）。冷端补偿公式示例： $$ T_{\text{corrected}} = T_{\text{measured}} + k \times (T_{\text{ambient}} - T_{\text{ref}}) $$ 其中， $ k $ 是传感器系数， $ T_{\text{ref}} $ 为参考温度。 - **精度控制**：目标0.1级精度需24位ADC和校准（如引用[3]变送器）。校准方法：使用标准温度源调整输出。 - **电源隔离**：工业环境中，引用[3]建议三隔离设计以抗干扰。 #### 4. **电路设计示例** 这里提供一个简易电路方案，使用通用元件： - **元件清单**： - 温度传感器：NTC热敏电阻（10K）。 - 运放：LM358（仪表放大级），加一个运放用于电压转电流。 - 电阻：精密电阻（$ R_{\text{sense}} = 250Ω $）、桥路电阻。 - **电路描述**： 1. 输入级：惠斯通桥将NTC电阻变化转为电压（例如 $ V_{\text{bridge}} $ 范围0-0.5V）。 2. 放大级：仪表放大器增益 $ G = 10 $，输出0-5V。 3. 转换级：运放配置为Howland电流源，输出电流通过 $ R_{\text{sense}} $ 控制（输出4-20mA）。 4. 输出：串联电流环，可选添加隔离DC/DC模块（参考引用[3]的隔离设计）[^1][^2][^3]。 - **优化建议**：小型PCB布局，引用[2]经验说明调试时用多圈电位器微调增益。 #### 5. **总结和建议** - 优先选择专业温度变送器（引用[3]方案），适用于高精度、工业级应用。 - 自制电路适合实验或低成本场景，注意线性化和校准（结合微控制器）。 - 总体原则：温度信号 → 放大 → 数字线性化（推荐） → 电流输出。
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