點擊上方名片關注了解更多深入分析了4-20mA的運放選型、A/D基準電壓對測量精度影響等問題。
其中，為了提供抗干擾能力，輸入至運放的信號需要改為差分輸入而不是單端輸入。
運放的作用
不少網友提到，既然運放只是用作電壓跟隨器，沒有放大作用，何不省了運放，直接將電壓輸入至處理器的A/D口。
不經過電壓跟隨器的檢測電路
采用電壓跟隨器進行信號隔離的檢測電路
在我看來，除了沒有對信號進行放大之外，運放起到了下述作用：
01
隔離以及阻抗變換
運放具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點。
利用這一特點，實現了輸入輸出的阻抗不會影響輸出以及輸入信號。
從4-20mA的輸入端口往里看，輸入阻抗的等效電路如下圖：
輸入阻抗的等效電路
輸入阻抗為：
其中，RIN為負載的輸入阻抗，而Ri是4-20mA信號的輸入阻抗；
對于直接輸入A/D口的電路，RIN為A/D口的輸入阻抗；
對于電壓跟隨器電路，RIN為運放的輸入阻抗；
在最近的文章中，我一直強調，不隨器件、溫度、時間而變化的誤差可以通過標定消除。
因此，只需要考慮RIN的變化對Rin產生的變化而導致的誤差。
根據下圖的運放等效模型，可以算出同相端的共模輸入阻抗為。
運放等效模型
在節點1,運用節點電流法，流入節點的所有電路總和為0，有下式成立：
移項化簡得到：
得到電流i為：
同相端輸入阻抗為：
對于電壓跟隨器，R1=∞，R2=0得到：
其中rd為開環輸入電阻，r0為開環輸出電阻，α為開環電壓放大倍數；
典型的rd是兆歐級甚至更大，而r0是百歐級。
從規格書上，我們知道：
TLV4333規格書
開環放大倍數α與開環增益AOL的關系為：
，典型值為125892.5412，最大值為3162277.66。
從而運放TLV4333的同相端輸入阻抗可以認為無窮大。
而從STM32F103的規格書中，可以查到I/O的輸入電流，如下：
輸入漏電流
從漏電流可以推算，其輸入電阻為MΩ級；
因此，運放的輸入電阻遠遠大于處理器IO口的輸入電阻；
因此，處理器I/O口的輸入電阻對電流采樣電阻的影響也遠大于運放的輸入電阻。
還需要注意的是，PCB的上面的漏電電阻也是會對精度產生影響的不可忽略的因素；
特別是在潮濕的環境中，而且PCB上堆積了灰塵，其漏電電阻可能低至百K級別。
遠小于運放輸入電阻，成為影響檢測精度的關鍵因素。
通過增加PCB走線之間的間隙，以及在PCB上噴三防漆，可以有效減少這一影響。
02
濾波抗干擾
通過在運放端并聯濾波電容，構成有源低通濾波器，可以有效濾除高頻干擾；
另外，在最近的文章中，因為考慮到在信號前級還有一個信號隔離器，所有運放采用了簡單的信號單端輸入；
其缺點是沒辦法有效過濾從4-20mA信號的共模信號干擾；
進一步對電路進行改造，如下：
從而將單端輸入改為差分輸入，格外注意的是，下述電路僅為示意，因不滿足隔離以及共模輸入電壓的要求，并不能實際用于產品中。
在下一篇文章中詳細分析參數取值以及抗干擾的原理。
差分輸入電路
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聲明：
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