2 4mA～20mA トランスミッタの基本

4mA～20mA トランスミッタは、電力とワイヤの数 (4 線、3 線、2 線) で分類されます。この記事では、2 線式タイプに焦点を当てます。

図 1 に示す 2 線式フィールド トランスミッタでは、フィールド電源とアナログ入力モジュールに接続することで電流ループが形成されています。フィールド トランスミッタの最初のサブシステムはセンス サブシステムで、物理センサに接続し、その出力をコンディショニングし、信号をデジタル コードに変換して、線形化やキャリブレーションなどの処理を行います。2 番目のサブシステムは送信サブシステムで、ループから電力を取り出してトランスミッタに電力を供給し、デジタル信号をアナログ信号に変換してプロセス データを送信し、ループ電流を制御します。トランスミッタは、ループ内の電流をレギュレートして信号を送信し、電圧制御電流源として機能します。

図 2 では、N チャネル P チャネル N チャネル (NPN) トランジスタが電源を供給して電流をレギュレートし、そのベースは D/A コンバータ (DAC) で駆動されるアンプを通して制御されます。広い入力電圧範囲に対応する低ドロップアウト (LDO) レギュレータは、ループ電圧をトランスミッタの電源レベルに降圧することで、さまざまな部品に電力を供給します。DAC に内蔵のリファレンスがない場合は電圧リファレンスを使用できますが、HART (Highway Addressable Remote Transducer) 対応のトランスミッタには HART モデムが必要です。

動作原理は非常にシンプルで、オペアンプの両方の入力を仮想ローカル グランドに保持します。R1 が保持する電圧は、Rsense も同様に保持します。適切なスケーリングにより、Rsense は R1 電流のスケーリングされたバージョンを伝達します。Rsense 電流がフィールド トランスミッタのほぼ全電流であることを考慮すると (図 2 に示されていないセンス部分を含めて)、DAC 出力はトランスミッタ全体の電流を制御しています。NPN トランジスタとアンプ ループは、必要な出力電流を得るために、トランスミッタ自体が使用する電流を補完するために必要な電流をバイパスします。