Аналоговая токовая петля 4-20 мА остается по-прежнему наиболее распространенным способом подключения управляемого источника тока к датчику. Данный интерфейс предполагает преобразование вольтового сигнала в токовый 4–20 мА. Ввиду жестких требований к точности приходится использовать дорогие прецизионные резисторы, либо ограничивающие потенциометры для калибровки с учетом исходной погрешности более дешевых устройств.
Такой подход сам по себе не может быть оптимальным для современного уровня интеграции. Сложно изготовить прецизионные резисторы для поверхностного монтажа, а ограничивающие потенциометры требуют настройки вручную, что невозможно обеспечить в условиях автоматизированного производства.
Счетверенный резистор Linear Technology LT5400 помогает решать эти проблемы, не прибегая к сложным схемам и ручной регулировке. Общая погрешность предлагаемого решения не превышает 0,2%.

Принципиальная схема для преобразование напряжения в ток с помощью согласованных резисторов LT5400
В схеме используется два усилительных каскада. Входной сигнал, обычно 1–5 В, поступает на неинвертирующий вход IC1A. Ток через R1 равен VIN/R1. Такой же ток протекает через R2. Таким образом, напряжение на R2 равно 24 В (напряжение источника токовой петли) за вычетом входного напряжения.
В данной части схемы имеется три основных источника ошибок: точность согласования R1 и R2, напряжение смещения IC1A, утечка через транзистор Q2. Номинальные значения R1 и R2 не столь важны, главное, чтобы они точно соответствовали друг другу. Максимальная точность LT5400A составляет ± 0,01%. Напряжение смещения для LT1490A не превышает 700 мкВ при температуре 0..70°C. Это напряжение вносит погрешность 0,07% при входном напряжении 1 В. Номинальный ток утечки NDS7002A составляет 10 нА, хотя на практике он намного меньше. Он вносит погрешность 0,001%.
Второй каскад поддерживает напряжение на R3 равным напряжению на R2. Поскольку напряжение на R2 равно входному, ток через Q1 равен отношению входного напряжения к R3. Если в качестве R3 использовать прецизионный резистор 250 Ом (например, Riedon SF-2 с погрешностью 0,1% и низким температурным дрейфом), то ток будет точно повторять входное напряжение.
Во втором каскаде источниками ошибки являются сопротивление R3, напряжение смещения IC1B и ток утечки Q1. Напряжение смещения усилителя вносит вклад не более 0,07%, а ток утечки Q1 не превышает 100 нА, т.е. его максимальная погрешность равна 0,0025%. Диоды D1 и D2 обеспечивают защиту Q1.
Общая выходная погрешность не превышает 0,2%. Основной вклад делает токочувствительный резистор R3. Резистор R6 обеспечивает развязку. Его сопротивление можно увеличить до 100 Ом, однако при этом максимальный выходной сигнал не должен превышать 10 В.


17 апреля, 2017