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0-5V转4-20mA电路以及Howland电流源分析与仿真

1年前浏览581

大家好，我是EE小新。

由于项目需要，这两天在分析4-20mA的恒流源电路，当输入为0~5V或者0~10V时候，输出4~20mA。

首先介绍下Howland电流源，这篇pdf讲解非常详细（下载链接：https://api.eestar.com/article/share/2025/04/ddb81202504242157361902.pdf）

Howland由发明者得名，该电路不仅包含负反馈，还包含正反馈。其反馈系数可写成下式。显然只要电路中负载RL存在<∞，负反馈将大于正负反馈，电路稳定。

从负载端RL看进去的电路，可以用图8的诺顿等效电路代替：

上面是原始的Howland电流源电路，但是我发现实际使用的PCB上面，电路都做了改进，如下图所示，用到4~20mA的同学直接抄就行。

可得到恒定电流 Iout=Vin/R5

当然如果对这个电路表示怀疑，可以先用仿真软件试试：

Vin输入为0.4V时，电流为0.4/100=4mA

Vin输入为1.2V时，电流为1.2/100=12mA

Vin输入为2V时，电流为2/100=20mA

第二步，我们已经有电流源电路了，但是输入时0~5V，如何把0~5V转化成0.4V~2V呢？

后者可以使用分压电路来实现，但是0V输出0.4V只能使用加法器电路，这时候必须要用到运放了。

虽然初始值是没有0.4V电压的，但是我们可以使用TL431基准电路来实现：

因此当输入0时，可以使用加法器电路：

当Vin0-5V输入为5V时，5V需分压得到1.6V左右的电压，可取13K和27K，近似等于1.6V。

当然，也可以使用电位器来调节，如下：

好了，基本上这样就可以0-5V转换到4~20mA电流输出了，有其他0-10V也是类似的原理，大同小异。

来源：EEDesign

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首次发布时间：2025-07-21

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