電壓和電流傳輸方式的不同

工業(yè)上通常用電壓 0…5(10)V 或電流 0(4)…20mA 作為模擬信號傳輸?shù)姆椒ǎ彩潜怀?控機經(jīng)常采用的一種方法。那么電壓和電流的傳輸方式有什么不同，什么時候采用什么方法，下面將對此進行簡要介紹。

1 電壓信號傳輸

電壓信號傳輸比如 0…5(10)V如果一個模擬電壓信號從發(fā)送點通過長的電纜傳輸?shù)浇邮拯c，那么信號可能很容易失真。原因是電壓信號經(jīng)過發(fā)送電路的輸出阻抗，電纜的電阻以及接觸電阻形成了電壓降損失。由此造成的傳輸誤差就是接收電路的輸入偏置電流乘以上述各個電阻的和。

如果信號接收電路的輸入阻抗是高阻的，那么由上述的電阻引起的傳輸誤差就足夠小，這些電阻也就可以忽略不計。要求不增加信號發(fā)送方的費用又要所提及的電阻可忽略，就要求信號接收電路有一個高的輸入阻抗。如果用運算放大器 OP 來做接收方的輸入放大器，就要考慮到此類放大器的輸入阻抗通常是小于 1M? 。

原則上，高阻抗的電路特別是在放大電路的輸入端是很容易受到電磁干擾從而會引起很明顯的誤差。所以用電壓信號傳輸就必須在傳輸誤差和電磁干擾的影響之間尋找一個折中的方案。

電壓信號傳輸?shù)慕Y(jié)論：如果電磁干擾很小或者傳輸電纜長度較短，一個合適的接收電路毫無疑問是可以用來傳輸電壓信號 0…5(10)V 的。

2 電路信號傳輸

電流信號傳輸比如 0(4)20mA在電磁干擾較強的環(huán)境和需要傳輸較遠距離的情況下，多年來人們比較喜歡使用標(biāo)準(zhǔn)的電流來傳輸信號。如果一個電流源作為發(fā)送電路，它提供的電流信號始終是所希望的電流而與電纜的電阻以及接觸電阻無關(guān)。也就是說，電流信號的傳輸是不受硬件設(shè)備配置的影響的。同電壓信號傳輸?shù)姆椒ㄕ喾?，由于接收電路低的輸入阻抗和對地懸浮的電流?電流源的實際輸出阻抗與接收電路的輸入阻抗形成并聯(lián)回路)使得電磁干擾對電流信號的傳輸不會產(chǎn)生大的影響。

電流信號傳輸?shù)慕Y(jié)論：如果考慮到有電磁干擾比如電焊設(shè)備和其他信號發(fā)射設(shè)備，傳輸距離又必須很長，那么電流信號傳輸?shù)姆椒ㄊ沁m合這種情況的(模擬信號傳輸)。實際上經(jīng)常采用的電流傳輸方法有二線制和三線制方法。在這里將主要論述二線制方法，也叫電流回路方法。

3 電流回路的綜合特性

- 簡單的使用：如果信號發(fā)送電路和相聯(lián)接的其他電路的工作電流保持常數(shù)不變，那么該工作電流和信號電流就可以通過同一根電纜來傳輸。人們只需用一個負(fù)載取樣電阻，而電流在負(fù)載電阻上的電壓降就可以作為有用的信號。當(dāng)然還應(yīng)該注意工作電壓要足夠高，以滿足電流回路里所需要的電壓降。

- 低廉的成本：與數(shù)字信號傳輸需要一個 AD 轉(zhuǎn)換，一個單片機和一個合適的驅(qū)動電路相比，用簡單的電流回路方法，人們只需要一條電纜，一個負(fù)載電阻和一個測量電壓表。特別當(dāng)對測量精度要求高的時候，二者產(chǎn)品成本的差別就更加明顯了。

- 錯誤診斷：4-20mA 電流信號傳輸?shù)膬?yōu)點除了傳輸距離遠和抗干擾能力強外，還會自 動提供出錯信息。在一個經(jīng)過校準(zhǔn)的系統(tǒng)輸出零信號時(輸出端為電流 4mA)，如果接收到的信號大于零毫安而小于 4 毫安時，就說明此時系統(tǒng)一定有問題。如果接收到的電流信號為零，那么一定是電纜斷了或者信號接收方面出了問題。如果電流信號超過 20mA 就意味著輸入端方面的信號過載或者信號接收方面有問題。

- 長距離傳輸：傳輸距離與發(fā)送信號端的驅(qū)動能力和電纜的電阻以及接收端的測量電阻(負(fù)載電阻)有關(guān)。如果在信號傳輸?shù)碾娎|中也要安裝測量儀表，那么負(fù)載電阻還應(yīng)該考慮到測量儀表的輸入阻抗和監(jiān)測記錄儀表的輸入阻抗。這些儀表常常因為成本低廉和無需外加電源而與集成電路一樣共同連接在電流回路中并從4mA 中直接獲得工作電源。因此在電路設(shè)計時要考慮到電流源回路的帶載能力。

理論上講，內(nèi)阻抗無窮大，能夠輸出一定電流信號的電源裝置稱為“電流源”。實際上，當(dāng)電源內(nèi)阻大于負(fù)載阻抗十倍以上時，即可將其視為電流源。

理論上講，內(nèi)阻抗等于零，能夠輸出一定電壓信號的電源裝置稱為“電壓源”。實際中，當(dāng)電源內(nèi)阻小于負(fù)載阻抗十倍以上時，即可將其視為電壓源