单片机如何输出4-20ma电流信号？

电路原理图

电路分析

如上图所示，是一个压控恒流源（VCCS），VS1来自单片机DAC引脚的模拟电压信号。经过R1,C1组成的低通滤波器进行滤波后送往运放，从伯德图中可以看出该滤波器在-3dB增益处对应的截止频率为1.59K，足以用来滤除高频数字干扰信号。

运放在深度负反馈条件下具有虚短的特性，DAC信号进入运放的同相输入端后，运放会控制输出，通过反馈回路使得反向输入端电压逼近同相输入端电压，最后保持相等。

这个过程中三极管进入线性区，IC电流逐渐变大，流过电阻R3的电流增大，R3两端电压也随之增大，最终运放反向输入端电压等于同相输入端电压，电路进入稳定状态。

电路中电阻R2，R3，三极管T1，和输出引脚（连接电流表）为串联连接。因此流过电阻R3的电流就是单片机DAC输出电压所对应的电流值（如：R3=100欧姆时0.4V对应输出电流4ma），所以只需要控制单片机DAC输出电压范围，就能够保证电路稳定输出4-20ma电流。

下图为DAC输出电压在0.4V-2V之间变化时电路输出电流仿真图。从图中可以看出在仿真软件中该电路的电流线性度较好。

通过改变R3的参数可更改DAC电压范围（如：R3=150Ω时，ADC∈[0.6,3]）。电路中一个参数的改变，往往会影响到电路的整体，可谓是牵一发而动全身，为了便于观察某个参数的变化对其它参数的影响，这里使用MathCad软件，对电路参数进行了详细的计算。如下图所示。

对电路原理的理解在于实践总结，这篇文章就到这里了，为了更好地理解电路，可以使用仿真软件或者实物制作调试，进行电路功能验证。文中所有资料可在我的公众号中下载。