420毫安电流转15V电压转换电路有源伺服电源.docx
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420毫安电流转15V电压转换电路有源伺服电源
4-20毫安电流转1-5V电压转换电路
最简单的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路
在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器（变送器）输出的1-10mA或者4-20mA电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，图1就是这种电路最简单的应用示意图。
仅仅使用一只I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照Vin／I=R求出，Vin是单片机需要的满度A／D信号电压，I是输入的最大信号电流。
这种电路虽然简单，但是却不实用，首先，其实际意义是零点信号的时候，会有一个零点电流流过取样电阻，如果按照4~20mA输入电流转换到最大5V电压来分析，零点的时候恰好就是1V，这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。
可是这样一来。
其有用电压就会剩下5-1=4V而不是5V了。
由于单片机的A／D最大输入电压就是单片机的供电电压，这个电压通常就是5V，因此，处理这种简单的输入转换电路时比较麻烦。
为了达到A／D转换的位数，就会导致芯片成本增加。
LM324组成的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路
解决上面问题的简单方法是在单片机输入之前配置一个由运算放大器组成的缓冲处理电路，见图2。
增加这级运算放大器可以起到对零点的处理会变得更加方便，无需耗用单片机的内部资源，尤其单片机是采用A／D接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证A/D转换位数的资源能够全部应用于有用信号上。
以4～20mA例，图B中的RA0是电流取样电阻，其值的大小主要受传感变送器供电电压的制约，当前级采用24V供电时，RA0经常会使用500Ω的阻值，对应20mA的时候，转换电压为10V，如果仅仅需要最大转换电压为5V，可以取RA0=250Ω，这时候，传感变送器的供电只要12V就够用了。
因为即使传送距离达到1000米，RA0最多也就几百Ω而已。
同时，线路输入与主电路的隔离作用，尤其是主电路为单片机系统的时候，这个隔离级还可以起到保护单片机系统的作用。
图2采用的是廉价运放LM324，其对零点的处理是在反相输入端上加入一个调整电压，其大小恰好为输入4mA时在RAO上的压降。
有了运算放大器，还使得RAO的取值可以更加小，因为这时信号电压不够大的部分可以通过配置运放的放大倍数来补足。
这样，就可以真正把4～20mA电流转换成为0～5V电压了。
使用运算放大器也会带来一些麻烦，尤其在注重低成本的时候，选择的运放往往是最最廉价的，运放的失调与漂移，以及因为运放的供电与单片机电路供电的稳定性，电源电压是否可以保证足够稳定，运放的输入阻抗是否对信号有分流影响，以及运放是否在整个信号范围内放大特性平坦，如此等等，造成这种廉价电路的实际效果不如人意。
而最大的不如人意之处还是在零点抵消电路上，随着信号电流的变化，运放的反相端的电压总是会与零点调整电压发生矛盾，就是这个零点电压也在随着运放输出的变化而变化，只不过由于有了信号有用电压的存在，而在结果中不容易区分而已。
这种现象最容易造成非线性加大。
虽然可以在单片机里采用软件校正来纠正，但是，就具体措施而言，这样做需要增加编程人员不少的工作量，而且需要多点采集数据来应对。
OP07组成的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路
图3电路是一种被推荐使用的较好线路，首先，对运放的供电采用了由DIP封装的TL431组成的高精度稳压电路，这种TL431采用DIP8封装，耗散功率达到1W，更改供电电压只需更换分压电阻就可以轻易办到。
其次，运算放大器选择使用的是高精度低失调的OP07，其参数指标大大优于普通廉价运放。
最为关键的是在对零点信号的处理上，可以保证输入4mA的时候，运放ICC的输出电压等于零。
分析一下这部分电路的工作原理：
运放ICD的同相输入端电压由经过TIA31稳压后的负电源提供，它通过R15与R14的分压，取R14上的电压与R10上在4mA时的电压一样，然后，经过运放的缓冲，从运放输出接有一只PNP型三极管用于扩展输出能力，实际这是一个典型的运算放大器稳压电源，其输出将跟随着运放同相端的电压，可以从接近零的电压起调。
R10就是4~20mA的I/V转换电阻，按照上述道理，由于运放的作用，这个电阻的最小取值可以很小，电阻越小越能减轻前方传感变送器的供电要求。
正是考虑到传感变送器属于一种远传信号的使用环境，为了防止引入干扰信号，加有输入滤波电容器C0和两只1N4148二极管对输入信号可能出现的危险电压进行保护。
例如：
取R10=25Ω，4mA时，其压降=0.1V，把ICD的同相端输入电压配置为负的0.1V，这样，输入信号的0.1V与这个I／V配置的负0.1V恰好互相抵消，ICC输出将是零电压。
随着输入电流的增大，如果输入电流是5mA，I/V转换电压将是0.125V……如果输入电流是20mA，I／V取样电压就是500mV。
这样，我们可以把这个电压放大10倍得到5V满度输出，或者放大20倍得到10V满度输出。
为了方便工程上的工作方便，减少同时手续，对R10、R15、R14、R01、R02等重要电阻，必须选择其精度0.1％的E96分度的金属膜电阻，其温度漂移参数最好能够不大于50ppm。
许多传感器变送器输入标注着4～20mA的输出指标，可是，在实际上，这些参数都是不够精确的，包括一些进口传感交送器，实际测试零点电流有误差高达18％的，即标称的4mA变成了3.3mA或4.7mA，这时候，就需要进行零点调整。
在零点调整的时候，需要注意，R10与R14原来是1：
4的关系，是因为它们流过的电流恰好是4：
l的关系。
因此，如果需要调整零点电压的时候，千万不要再动R10与R14，而应该在零点调整时更改R15，在满度调整时更改R01。
在工程上，人们往往会采取比较快捷的工程应用方法而不是理论推导来完成任务，因为在选择元器件时，就往往无法按照计算好的数值去购买，只能从标准化生产的品种里头去选择搭配，而且，在调试时，也不可能按照理论计算的数值去测量，尤其当计算结果带着超过4位小数以上时．对所使用的仪表就会要求很高，成为"鸡蛋里头挑骨头了"。
我们可以通过一个实际例子来说明这种电路的调试过程。
首先，必须把实际的传感交送器拿到手并且进行实际的测量，例如测量到的数据为：
零点电流=4.25mA，满度电流=20.5mA。
然后，根据最大输入电流的实际数值来求出最大输入电压：
20.5mA时R10上的电压就是：
20.5×25=512.5mV，其次求出零点电压：
4.25×25=106.25mV。
完成上面的简单计算后，接着，对电路的参数进行调整，零点的时候调整R15，满度的时候调整R01。
按照说明提到过得，ICD的同相输入电压等于零点时R10上的电压，可以求出：
R15=（2500-106.25）／（106.25／100）=2.25KΩ。
R01=[5000／（512.5-106.25）-1]×1=11.3l等于（5000是满度输出电压，512.5是满度输入电压，106.25是零点输入电压，-1是因为同相放大器会自然+1，-1是因为R02=1KΩ）。
验算一下：
零点电流输入时，输入电压为：
4.25×25=（2.5×100）／（225+100），结果：
106.25=106.4，误差：
0.0014。
满度电流输入时的满度输出电压：
（20.5×25-106.4）×（11.31／1+1）=4999.09，误差：
0.00018。
上面的计算和对电阻的取值都省略了小数点后多于3位的数字，因为实用中已经不够现实了。
就目前的数值而言，在实际应用中也可以满足许多较高精度测量的要求了。
提示：
1.运算放大器OP-07本身在零电压输而输出不为零时，可以在其1PN8P上连接微调电位器进行静态零点调整，也可以在零点电流输入时一并处理。
2.由ICA和ICB组成的高精度稳压电源，其输出电压应该大于主电路要求的满度输入电压至少3V以上，这时候，不能使用T902小功率封装的TL431来替换本电路DIP8封装的TL431。
3.当需要本电路处理其他非4~20mA输入的信号时，可以去掉R10，这时候，利用OP-07的优良性能和供电电源的高精度，作为通用放大器来使用。
也是非常理想的。
只是不过多了一个RA5,带入公式即可
我之前有帮助其他网友做过类似的题目，很简单
推导公式可分两种步骤
1，为设计用之（未知所有参数，方便取值）
2，为计算用之（已知所有参数条件，计算输出电压）
楼上的着重介绍双运放，就是和NE5532插脚一样的运放。
我可以告诉你，我也是运放爱好者，楼上提到的所有运放我都试用过了，感觉用但运放直接替换单运放，效果不怎么样，而且楼上提到的运放，在声音上可以说和NE5532在同一个层面上，换了不会有太大的提高。
特别是OP275LT1057AD712OPA2604这几种运放，我就觉得不好用。
AD827的低音是好，不过下潜不行，高频有毛躁。
我用过这么多的双运放，就只觉得金封的OPA2111KM是我听过最好的双运放了，声音很平衡，你听过OPA2111KM以后我敢说你就不会再想听其他的什么双运放了。
另外，用两个单运放通过转换插座组成的“双运放”，效果比任何单个双运放都要好，声道分离度更好，声音更细致。
不如说用两颗OPA627BM组成的“双运放”，就是我听过播放人声，爵士，新世纪音乐效果最好的运放组合了。
OPA的金封运放效果是很不错的，现在我收藏有几对，也有正在用着的。
每个都很有特色，比楼上推荐的都要好上不少。
其中以OPA128SM最好，听什么都很有特色。
OPA606LM性价比很高，价钱比OPA627BM低，但是声音和OPA627BM很相像。
总之，OPA的金封运放系列是我听过最好的运放系列了，你不妨买一两对回来试试，不过价钱嘛，就真的够顶级了。
便宜的都要100多块一对，贵的要200~300块一对。
OPA2111KM（双运放）要180元一个左右。
另外，OPA金封系列的运放有多个产地的，只要是USAUKTAIWANKorea的，其中以USAUK产的最好，还有就是生产的年份，年份久一点的，韵味就更好些。
不过我觉得你的要求有点不正确。
你说要找一款好的运放来代换NE5532而且是不把价钱作为考虑因素。
这样乱的代换，不合理。
虽然说能够代换NE5532的每款双运放和NE5532的插脚都一样，但是内部的芯片电路结构是不同的，不同的电路结构有不同的外环境要求。
比如说有的运放低压性能好，有的运放带负载能力好，有的运放频带宽等等，但是在不适合的环境里，就算是运放大王都没有办法工作得好，就比如工作在+/-5V的供电条件下。
所以说不是贵的运放就好的，要看外围电路是怎样的。
总的来说，不少的运放的低压工作能力和带低负载能力都是比较差的，有的噪声也会蛮大的，比如说AD827这种我们认为是高档的运放，AD712、OP275的频宽不够宽的我们认为是监听素质运放和胆味运放。
但是最主要还是要看运放的外围电路。
国外几万元的顶级CD机里面还是用NE5532的居多。
但是你要是换成其他运放，哪怕是很高档的，只要一换上，几万元的机器出来的声音就会从几万元一下跌倒几千元的水平。
这个就是调音和调整运放外围电路的莫大功劳了。
运放不是随便换的。
NE5532：
确实有点胆味，解析力一般，高频比较燥，低频比较糊且肥。
op275:
和5532比，胆性还重一点，解析力、低频、音场更好一点，可以买贴片的来打磨声卡用（特别是创新的），可以改善硬冷的数码声。
EL2244：
音色中性，音场比较宽，高频还可以，中频音乐味差，有人说解析力很高，其实是因为低频量感少，中频薄，高频显得突出而已。
要用好比较难。
LT1057：
两端延伸不错，速度、动态和解析力也挺好，就是属冷色调，放出的音乐好象有种不食人间烟火的味道，让你可以静静的听，却燃不起对音乐的那份激情。
AD827：
延伸非常好，解析力高，高频华丽，中频纯厚，低频下潜和力度都不错，音场向前后左右拓展，有了凹凸感（这一点比其它运放强），速度快，动态好，感觉很大气，初换上此运放后确实有让人为之一振的感觉。
但久听之下，也发现很多问题，1虽然三频段、音场很宽，气势足，大开大合，但总感觉结构有点松，不够紧溱，2人声部份一般，有时大动态时，人声被配乐声淹没3不够细腻，属于激情有余而柔情不足，4音乐味不够。
不过很多的人喜欢这种风格。
当然买两片来换换口味听还是可以的，按我的感觉，用在AV功放上看DVD大片应该很适合。
OPA2604：
感觉象5532的升级版，各方面都有很大提高，解析力不错，音乐味更好，有胆味，声底属于较纯厚且有点刚性，综合素质很不错。
DY649：
和2604比，解析力更好，高频部份纤细而又柔美且泛音丰富，声底没2604厚，很清澈、细致的感觉，音乐画面异常清晰，人声部份圆润通透、有种甜甜的感觉，人声（特别是女声）是它的强项。
DY639：
整体性稍弱于649，但更具备胆机特性，胆味更浓。
DY669：
和2604差不太多，纯厚的声音。
AD712：
解析力很好，清晰而又没有音染的声音，一种很透明的感觉，声底细致，低频量稍少。
属于典型的监听风格。
不过可能很多人都不大喜欢这种纯净水的感觉，还是加点味精好，大概是我已前玩过音乐制作的原因吧，习惯了这种纯纯的监听味道，挺感兴趣。
AD712（金封）：
一时好奇，第二天又去弄了个金封的，和陶封比，感觉解析力更好，声底更纯厚点，低频弹跳感下潜度都有所加强，音场定位感不错。
...刚开始听时感觉好象人声清淅度还不如陶封的，吃了一惊，后来反复比较才发现，因为陶封的高频比较冲、直白、声底薄，人声显得亮，所以有这种感觉，还是金封的耐听度更高。
不过，不太推荐使用，因为现在金封的找不到拆机件了，只有买全新的，要75元，这个价位可以买到更好的型号了。
AD797：
值得试试的东东，人声很亲切，在朋友家测完后立刻被扣下来了。
拆机件45元;因为时间关系，就买了这些东东测。
其它还有更高档的627，2111（要100元），DY2000、AD927（好象没听说过）以后有机会再试，特别是有个店家极力推荐的号称“打遍天下无敌手”的金封OPA2604（要价200/个）很有点吸引力
;最后，说说测试感觉：
1运放这东西还是不错的，玩起来比较简单又很有效果,
2实际上到了2604这一级别，解析力、音场、音乐性等各项指标也都相当不错了，高档运放都很有特点，主要还是看自已的音乐口味来选择;
3先后去了几个地方测，不同的功放测的感觉不全一样，看来电路设计还是最重要的，我朋友的一台英国CD机声音很好，就是用八片5532组成运放的.
;4搭配很重要，我自已有个斯巴克CD机和AD10的耳机（声染很重），又浑又厚高频还刺耳平时怎么听都不是味，已闲置很久了，于是把手上的运放挨个组合测试，拆腾了一晚上，最后CD机的两个2604换成了DY649，耳放上5532换成了712（1057也可以），再听耳机，清淅、透明，细节丰富、低音有力，特别是人声部份非常突出。
感觉变了一副耳机。
借了朋友的K501试，则感觉827+DY649组合最好
;5总想找更高档的运放，试试更好一点的效果，为了这种感觉会导致付出更多的精力和RMB。
呵呵，还是适可而止好一点吧
低档运放JRC4558。
这种运放是低档机器使用得最多的。
现在被认为超级烂，因为它的声音过于明亮，毛刺感强，所以比起其他的音响用运放来说是最差劲的一种。
不过它在我国暂时应用得还是比较多的,很多的四、五百元的功放还是选择使用它，因为考虑到成本问题和实际能出的效果,没必要选择质量超过5532以上的运放。
对于一些电脑有源音箱来说，它的应付能力还是绰绰有余的。
运放之皇5532。
如果有谁还没有听说过它名字的话，那就还未称得上是音响爱好者。
这个当年有运放皇之称的NE5532，与LM833、LF353、CA3240一起是老牌四大名运放，不过现在只有5532应用得最多。
5532现在主要分开台湾、美国和PHILIPS生产的，日本也有。
5532原来是美国SIGNE公司的产品，所以质量最好的是带大S标志的美国产品，市面上要正宗的要卖8元以上，自从SIGNE被PHILIPS收购后，生产的5532商标使用的都是PHILIPS商标，质量和原品相当，只须4-5元。
而台湾生产的质量就稍微差一些，价格也最便，两三块便可以买到了。
NE5532的封装和4558一样，都是DIP8脚双运放（功能引脚见图），5532的内部为JFET（结型场效应管结构）,声音特点总体来说属于温暖细腻型，驱动力强，但高音略显毛糙，低音偏肥。
以前不少人认为它有少许的“胆味”，不过现在比它更有胆味的已有不少，相对来说就显得不是那么突出了。
5532的电压适应范围非常宽，从正负3V至正负20V都能正常工作。
它虽然是一个比较旧的运放型号，但现在仍被认为是性价比最高的音响用运放。
是属于平民化的一种运放，被许多中底档的功放采用。
不过现在有太多的假冒NE5532，或非音频用的工业用品，由于5532的引脚功能和4558的相同，所以有些不良商家还把4558擦掉字母后印上5532字样充当5532，一般外观粗糙，印字易擦掉，有少许经验的人也可以辨别。
据说有8mA的电流温热才是正宗的音频用5532。
NE5532还有两位兄弟NE5534和NE5535。
5534是单运放，由于它分开了单运放，没有了双运放之间的相互影响，所以音色不但柔和、温暖和细腻，而且有较好的音乐味。
它的电压适应范围也很宽，低到正负5V的电压也能保持良好的工作状态。
由于以前著名的美国BGW-150功放采用5534作电压激励时，特意让正电源电压高出0.7V，迫使其输出管工作于更完美的甲类状态，使得音质进一步改善，所以现在一般都认为如果让正电源高出0.7V音质会更好。
5534的引脚功能见（图），价格和5532相当。
而NE5535是5532的升级产品，其特点是内电路更加简洁，且输出级采用全互补结构。
转换速率比5532更高。
不过有个缺点就是噪声较大，频带不够宽，底电压工作时性能不够好，所以用于模拟滤波时效果不如5532理想。
但在工作电压大于或等于15V时用作线形放大电路，音乐味会比5532好一些，所以其价格也比5532要贵两三元，其引脚功能和5532一样。
双运放AD827。
这枚是AD公司的较新产品，它原本是为视频电路设计的，所以它的增益带宽达50MHZ，SR达到300V/us，它与EL2244一样都是目前市场上电压反馈型双运放的顶级货，一般的运放难望其项背。
其高频经营剔透，低频弹跳感优越，其性能指标与实际听感全面胜过其他很多同类产品，音质被一些人形容为无懈可击。
且在正负5V的供电下仍有优异的性能。
但其价格也稍微昂贵，30多元。
脚位功能和5532相同。
双运放OP249。
该运放是美国PMI公司的产品，厂家声称是用以取代OP215、LT1057等运放的，LT1057是属于动态大，解析力高，音色冷艳清丽的一种，搭配东芝的暖色名管就很合适。
而OP249则和它不同，其输入级采用JFET，主要特点是显中性，无什么个性，声音平衡、自然而准确，所以体现了HIFI的真谛。
塑封的才15元，陶瓷封装30多元，具有较高的性价比。
不过要是对音色的喜好有偏重的朋友可能不大喜欢。
双运放OP275、OP285：
它们也是PMI公司的产品，内部电路采用双级型与JFET型混合结构。
其音色很有个性，低噪声，声音轮廓鲜明，解析力高，声音柔顺，中频具有胆机柔美润泽的特点，人声亲近。
价格适中，而且性能稳定。
适合用来打摩声音单薄、毛糙的CD、解码或放大器。
它们的封装形式和引脚功能也和5532一样。
OP275现在的市面价格为10元、OP28515元。
顶级运放OPA627。
BB公司的OPA627是目前为止最高档的运放，也是采用场效应管输入方式，音色温暖迷人，但其价格简直吓人，达到150元，所以不是顶级的机器一般不会用到这么昂贵的运放，性能上是否能达到这个价格也见仁见智，不过听过OPA627的发烧友都一致认为AD827、LT1057等根本无法与之比拟。
胆味运放OPA604与OPA2604。
这两种运放都是BurrBrown公司的产品，OPA604为单运放，OPA2604为双运放。
它们都是专为音频而设计的专用运放，音色醇厚、圆润，中性偏暖、胆味甚浓，是被誉为最有电子管音色的运算放大器。
当年的价格也不低，但还是被许多音响发烧友选为摩机升级机器的对象。
现在这两种运放的价格都已较为合理，OPA604为25元，OPA2604要40多元，发烧友用来摩机是不错的选择。
有源伺服电源（7815、7818、7915）
有源伺服电源是一种性能优于蓄电池的电源，特别适合于音响设备。
其高频猝发信号适应性和自身噪声指标特别好。
图（a）和图（b）为两种实用电路。
前者适用于音响设备的前置放大电路。
后者适用于功率放大电路。
电路工作原理是：
普通的三端稳压器IC与高速运放搭配起来，由运放构成直流负反馈的交流放大器，对三端稳压器输出电压的动态变化信号进行放大，然后控制三端稳压器的输出，从而使三端稳压器的高频特性得到大幅度的提高，改善电源的性能。
这种电源有二个特殊要求：
（1）运放必须是高速运算放大器。
（2）三端稳压器的输入电压必须高于输出端5V以上，但不可超过三端稳压的极限值。
三诺N-50G为定位在1200元的高级型产品，采用了简洁的无源RC前级电子两分频技术，在有限的成本限制下，作出了相对同类产品更好的音质：
清晰度较好低频控制力较好，声音较明亮、全音域声音较为平衡，声场再现和声像定位较好。
另外，前级电子分频技术，避免了高低频信号通过同一放大器产生的互调失真和相位失真，同时也避免了传统无源功率分频器占用的至少45%的功放功率，极大地提高了功放对喇叭的阻尼系数，把功放对喇叭的控制力提高到一个崭新的水平。
而以下，则是我剖析并打摩N50-G的过程。
首先，将两只音箱的密封加强：
拆下所有喇叭单元包括有源组件，把音箱内部拼接缝涂完一瓶乳白胶，喇叭单元圆弧台阶涂一圈密封胶。
等胶水干后，在低音单元磁钢罩贴满双面胶纸，然后把2毫米厚呢绒布边角废料拼贴上去，这比贴太空棉要好，当然最好是用玻璃棉，可惜一时找不到。
接着把一包废铁块和干净的沙子用一布袋放入无源音箱，这个袋子的体积与有源箱体中的变压器，电容等物件的体积尽量相同。
这样两边的箱内等效容积相似，低频表现也就相似。
另外，因为引线不长，所以花几块钱把两个箱内的高音喇叭线换为镀银两芯绞合线，低音喇叭线不换。
当然，因为这些都是很简单的操作，所以我在这里并未给大家展出相关的图片。
而接下来的重点，我还是想说下内部的电路打摩部分。
而接下来的重点，我还是想说下内部的电路打摩部分。
下面这张图，就是我对于N-50G的内部电路的相关分析，以及打摩的想法与思路。
可能有些枯燥，请大家耐心！
图2中第②单元的电路如图五所示：
这是我十几年找到的最简洁有效的低频补偿专用电路，用过多次确实很好，如果能配合专业声学测试工具，就能有效的扩展低频下限，令低频下潜更深，低频量感有效增加。
当然，这个电路的补偿频率点fo和Q值参数必须在低频喇叭单元、箱体强度、以及功放和电源容量能够承受的范围以内才行。
具体讲有三大功能：
一、滤掉这个小型书架箱无法重放好的30-40Hz左右的次低频信号。
这样，可有效的减轻功放、电源、低频喇叭单元的负担，有效地提升低频重放的纯度和质量。
也可以说：
在功放以及电源的功率容量不变的情况下，可以
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