工作原理

4–20mA V-I 电流变送器以差分电压作为输入，并输出从输入到输出具有线性关系的电流。这种线性关系取决于运算放大器的共模范围以及晶体管和 LDO 的可用裕量。此外，采用 2 线环路设计的电流变送器要求环路路径上所有组件输出的静态电流消耗值小于本设计中的最小输出电流 I_{out_min} – 4mA。这包括运算放大器、LDO、流过 R₃ 和 R₅ 支路的电流，以及同一电源环路上的任何其他外设。只要满足这一要求，运算放大器和晶体管就会进行补偿，将剩余的电流提供给环路，从而向负载电阻输出正确的电流。

输出电流 I_out 是分别流过 R₃ 和 R₄ 的电流 I₃ 和 I₄ 之和：

I₃ 由 R₁ 和 R₂ 以及输入电压 V_in 和稳压电源 V_reg 进行设置。在理想运行条件下，运算放大器的同相端子与本地接地端 I_ret 之间存在虚拟短路。另请注意，V_reg 和 V_in 以 I_ret 为基准。因此，I₃ 如下：

I₄ 是本地接地端返回电流 I_ret 与流经晶体管 T₁ 的补偿电流之和。

为了使运算放大器正确运行，R₃ 和 R₄ 上的电压必须相等，所以得出V₃ = V₄ 然后由此得出：

上述公式改写为：

结合第一公式、第二公式和前述公式，推导出电路的传递函数为：

很明显，流经 R₃ 且由 R₁、R₂、V_in 和 V_reg 设定，并被因子
1 + R₃ / R₄ 放大。