集成化精密电流变送器的原理与应用

15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型稳压管，其稳定电压为36V，稳定电流为7.0mA。当环路电压过高时就被钳位到36V。实验证明，即使环路电压达到65V，XTR115也不会损坏。为了改善瞬态过压保护特性，还可采用Motorola公司生产的P6KE39A型瞬态电压抑制

《集成化精密电流变送器的原理与应用(第2页)》