在任何製程控制系統中，感測器發送器會整理從壓力和溫度到流量和位準的資料，並將這些資訊傳遞到可編程邏輯控制器 (PLC) 或分散式控制系統。

這些發送器依賴 4mA 至 20mA 訊號將資料傳輸至控制器。儘管有 IO-Link 和 Profibus 等標準的出現，4mA 至 20mA 仍可在長距離下提供彈性、可靠性、抗雜訊性，以及與每個 PLC 系統的通用相容性。

在本文中，我將概述 4mA 至 20mA 發送器結構、其運作原理以及使用半導體型錄產品實作此發送器類型的替代設計。

4mA 至 20mA 發送器根據電源和電線數量分為四線、三線和雙線。我將在本文中重點介紹雙線類型。

透過連接電場電源和類比輸入模組，圖 1 中的雙線現場發送器形成電流迴路。現場發送器中的第一個子系統為感測子系統，其連接至實體感測器，調整輸出，然後將訊號轉換為數位程式碼以進線性化與校正等處理。第二個子系統為傳輸子系統，其從迴路中擷取電力為發送器供電，並將數位訊號轉換回類比訊號以傳送處理資料，並控制迴路電流。發送器透過在迴路中調節電流來傳輸訊號，並作為電壓受控的電流來源。

在 圖 2 中，N 通道 P 通道 N 通道 (NPN) 電晶體汲取並調節電流，其基極透過由數位轉類比轉換器 (DAC) 驅動的放大器進行控制。大範圍輸入電壓低壓降 (LDO) 穩壓器可將迴路電壓降至發送器的供電位準，來為不同元件供電。如果 DAC 沒有整合式參考可使用電壓參考，而啟用高速可尋址遠程傳感器 (HART) 的發送器需要 HART 數據機。

運作原理非常簡單：將運算放大器的兩個輸入保持在虛擬本地接地。無論 R1 具有什麼電壓，Rsense 也有。藉由適當的調整，Rsense 帶有經調節的 R1 電流。鑑於 Rsense 電流幾乎是現場發送器全部的電流 (甚至涵蓋 圖 2 未描述到的感測部分)，DAC 輸出控制了整個發送器電流。NPN 電晶體和放大器迴路繞過必要的電流，以補充發送器本身使用的任何電流，藉此達到所需的輸出電流。