引言
    在某型号III型仪表中，将输入的4～20mA电流信号转换成电压信号所用的I/V转换电路结构见图1所示(包括远端的信号源)。

    当连接OUT₊和IN₊的导线断路时，采样电阻RS中将没有电流流过，V_i1和V_i2很小且近似相等，V_O约为零；连接OUT_-和IN_-的导线也断路时的情况与只有连接OUT₊和IN₊的导线断路时的情况基本相同，V_O约为零。这两种情况下，只要根据VO是否近似为零即可判断出是否存在断信号情况。
    当仅连接OUT_-和IN_-的导线断路时，R_S中同样也没有电流流过，由于电流源的调节作用，V_i1和V_i2仍近似相等，但值较大，测量约为20.6V，这时，差动运算电路的输出VO约为0.6V，这个电压略小于零点信号电流(4mA)对应的V_O值(0.8V)，所以也可以根据V_O是否低于比0.8V小一些的某个阈值(如0.7V)来判断是否存在断信号情况。
    但当信号电流发生零点偏移时，比如说偏移到3mA，这时对应的V_O值为0.6V，与仅连接OUT_-和IN_-的导线断路时的V_O值相同。在这种情况下，若采用上述判别方法则会误判为断信号故障。由此看来，上述判别方法在有较大零点偏移时是不可靠的。
    如果既允许较大的零点偏移，又要求对信号回路的影响较小，则上述检测方法更不可行。
2使用光电耦合器的断信号检测电路
    从1中分析可知，断信号情况下，不管断的是哪根导线，流过R_S的电流都近似为零，因此，如果在IN₊端和R_S之间串接一个发光二极管，则有信号电流流过时，发光二极管有光发射，而断信号时，发光二极管则没有光发射，据此即可进行断信号检测。新的检测电路结构见图2所示。
    图中，用光电耦合器U₁(TLP521)中的发光二极管D₁将信号电流I_S转换为一定强度的光信号，再经光敏三极管N₁将光信号转换为电流信号。TLP521的电流传输比一般在50～600之间，若将电流传输特性近似为线性关系，则在N₁尚未饱和时(I_C最大值受限于R₁)有
    I_C=(0.5～6)I_S
    N₂(IRFU220)是N沟道功率场效应管，其门极电流很小(最大100nA)，可以认为I_C全部流过R₁，R₁上的电压降为

    IRFU220的开启电压V_GS(TH)最小值为2V，最大值为4V，跨导g_m的典型值为2.6S。当V_GS小于2V时，N₂中无导电沟道，其漏极上无电流流过，继电器线圈KM中也无电流流过，继电器不动作；而当V_GS达到开启电压时，N₂的漏极上就开始有电流I_D流过。从厂家的数据资料可以查到，当V_GS为4V时，I_D至少可达到60mA，该电流也流过继电器线圈KM，从而使继电器动作。
    当信号电流I_S较大时，I_C和V_R1也较大，V_GS较小，若小于2V，则根据上述分析，继电器不动作，所以继电器不动作的充分条件是

即当I_S大于0.6mA时，继电器将不动作。
    当信号电流I_S较小时，I_C和V_R1也较小，而V_GS较大，若达到4V以上，则继电器动作，所以，使继电器动作的充分条件是

即
    显然，若满足6I_SR₁＜1，则必满足上式条件。解此不等式得

即当I_S小于0.017mA时，继电器将动作。
    当断信号时，I_S、I_C和V_R1都近似为零值，V_GS近似为5V，继电器动作。
    综上所述，在信号电流大于0.6mA时，继电器将不动作；而当信号电流小于0.017mA和断信号时，继电器将动作。所以，该电路既可有效地检测出断信号故障，又允许信号零点偏移到1mA以下也不会误判。
    断信号故障情况可直接用场效应管N₂的状态或继电器的触点状态来指示。在智能系统中应用时，还可以将继电器KM的一对动断触点KMNC串接到输出端，如图2中所示，若有断信号故障则使继电器动作，其动断触点将断开I/V转换电路与输出端子的连接。由于接地电阻的作用，输出端呈现零电压状态，智能系统可根据输出端子上电压是否为零进行断信号故障判别，这样做可以节省一个开关量I/O接口。
    检测电路除了发光二极管D₁外，其他部分与信号回路没有任何联系，从而也不会产生影响。TLP521中发光二极管的正向压降典型值是1.3V，对信号回路的负载能力影响很小。
3结论
    实际光电耦合器的传输特性是非线性的，以上仅是近似计算，但误差很小。
    电路中R₁的阻值也可取得更大一些，如取51kΩ。此时，当信号电流小至0.2mA时，继电器也不会动作，因此，允许更大的信号零点偏移范围。
    实际运行表明，上述断信号检测电路结构简单，工作可靠，对信号回路影响小，而且，还允许较大范围的零点信号偏移。

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