4-20mA電流環路信號常用于工業環境，實現遠距測量數據傳輸，例如：加工溫度或者容器壓力等。這種信號傳輸方式之所以成為人們的首選，因為它簡單便捷、抗噪、安全，并且可以在沒有數據損壞的情況下實現遠距離傳輸。由于傳輸數據的電流相對較低，這些電流環路還是低功耗系統。以前，沒有獲得利用的功率，或者信號傳輸過程中損失的功率，都在發送器內耗散掉;但現在，利用現代集成電路以后，即使這一小部分功率也被節省下來，以支持系統中必需功能的正常工作。

4-20mA 電流環路系統基礎知識

圖 1 顯示了一個典型的 4-20mA 電流環路系統。一個半穩壓式 24V DC 電源同時向電流環路和發送器組件供電。發送器對重要信號(例如：溫度、壓力和其他參數)進行測量，然后輸出一個 2-20mA 電流，其與該信號強弱成比例。該電流通過線路，傳輸至某個接收機系統。之后，電流遇到電阻器形成電壓，其通過一個模數轉換器 (ADC) 讀出，然后再經過進一步處理。通過連線，連接回到為環路供電的電壓源，這樣構成一個完整的環路。

圖 1 基本的 4-20mA 電流環路系統

工業應用中使用這些電流環路具有諸多好處：

l 電流環路是一些簡單電路，僅要求一個簡易電源、一個完成測量然后產生電流的發送器、一條傳輸線以及一個接收機電路。電源只需提供足以克服各種系統壓降問題的電壓;多余的環路電壓剛好在發送器處得到降低。由于電流較低，僅有少量功耗，因此發熱較少。

l 電流環路僅包含一個電流環路。因此，根據基爾霍夫電流定律，通過環路中所有組件的電流相等。這樣便實現了較高的抗噪性，而抗噪性又是工業環境應用的關鍵。

l 由于信號電平最低達到 4mA，從而實現了安全性。如果環路內部出現損壞，或者環路連接斷開，則接收機無法讀出電流，其表明出現故障，而非最低信號電平。

l 只要電源電壓高到足以克服系統壓降，則代表測得信號的理想電流由發送器維持。因此，高壓降和低成本的小規格線材用于進行互連，其僅要求增加電源電壓。最為重要的是，線路允許相對較大的壓降，便可以使用大量的連線。這樣，受測儀器和對測量數據進行處理的控制室之間便可實現物理隔離，從而為控制室內的人員提供安全保護。

基本系統改進

我們可以利用多余的環路電壓，用于向接收機電路供電，否則其會在發送器被降下來。圖 2 顯示了一個在電流環路中插入的電源。該電源與其供電的接收機電路一起放置于控制室中——有效地將多余環路電壓轉換為有用輸出功率。

圖 2 4-20mA電流環路中多余環路電壓的利用