工业现场有许多进程操控系统，从简略的流量操控到杂乱的电网，从环境操控系统到炼钢厂进程操控，这些操控系统由许多模块组成如中央处理单元，输入模块，模仿量输出，数字量输出，电源等等。不同模块之间需求进行数据通讯，在很多现代通讯方法中，还有一类相对陈旧的通讯方法显得比较特别，这便是4~20mA电流环。
4~20mA电流环(current loop)是一种模仿通讯方法，与各种现代数字通讯方法比较，它不需求杂乱的编码、解码作业，通讯方法简略;因为电流环与生俱来的抗干扰才能，在噪声环境杂乱的工业现场具有很高的牢靠性;一起，4~20mA电流环通讯又有比较牢靠的故障诊断功用。所以，规划人员以为，这种通讯和操控方法还会持续运用许多年。
功用
4~20mA电流环的零电平信号选用4mA巨细的电流表明，满量程选用20mA电流表明，因而得名“4mA-20mA电流环(current loop)”。4mA以下的电流输出用来进行故障诊断功用，20mA以上电流被以为是超量程输出。不同电流输出的详细意义如下表所示。
下图是一个典型的工业操控系统结构图，CPU经过输入模块接纳选用4~20mA电流环通讯的传感器
信号，经过必定的核算后，操控输出模块对执行机构进行操控。
在这里，气体传感器和CPU之间的通讯选用4~20mA电流环来完成，这部分的完成如下图所示。整个通讯环路有气体传感器、发送器、接纳器、双绞线、电源等几部分构成。
接纳器可所以任何能够检测流过检流电阻两头电压的器材，器材的输出即可所以模仿的也可所以数字的。图中的检流电阻一般阻值在100~500 之间，一般以为在这里250 为“规范”的电阻阻值，125 也是一个比较常用的阻值。检流电阻阻值巨细取决于接纳器的需求和电路规划，而非仅有的。
发送器用来将传感器输出信号转化为4~20mA电流信号。它的电路完成方式多种多样，即可所以由分立器材建立的电流环也可所以专用集成电流环芯片，只需能够完成电流环的输出电流巨细正比于传感器输出信号即可。当传感器输出信号为零或许传感器输出信号处于输出规模下限，发送器输出电流为4mA;当传感器输出信号坐落输出规模上限，则发送器输出电流为20mA。
需求留意的是，尽管4~20mA电流环以其结构简略是、牢靠性高的特点在各种不同场合得到广泛应用，但在需求高速通讯的场合，一般以为4~20mA不合适。电流源的高阻特性、
传输电缆的寄生参数等要素约束了整个环路的频率响应。
电路完成
前面现已说到，4~20mA电流环的完成方式多种多样，下面介绍几种比较常用的电路完成。
下图为最简略的电压操控电流源完成方式，由运算放大器U1A，扩流MOSFET Q1，检流电阻R6构成一个典型的电流反应电路结构，由电阻R6和运算放大器正向输入电压决议了电路输出电流的巨细，即Io=Vi+/R6。
电路中的其他器材为起辅佐效果，用于进步电路功能。如稳压二极管将12V输入电压再进一步进行降压稳压，电阻R2，R3用于约束VR1两头电压。D1给运算放大器供给一个负压，保证其最低输出能够下降到0V。D3、C2用来维护MOSFET，一起C2还能够避免MOSFET产生振动。
仔细的朋友或许现已发现，上面的电路存在一个问题，发送器的电流输出在高端，即发送器和接纳器是不共地的。这在某些场合会存在问题。下图的电路经过添加一级电流转化电路，将电流源输出改为低端输出。
除了上述两种由分立器材构成的电压操控电流源电路外，现在各大IC厂商也都推出了自己的4~20mA集成处理方案。如ADI公司的AD420/421系列，AD5410/5420系列，TI公司的XTR110系列等。
如下图为AD5410/5420系列内部结构图，其完成原理与分立器材构成的电路类似，但因为单芯片集成了DAC、压操控电流源电路，为规划都供给了4~20mA电流环单芯片处理便利，大大简化了规划杂乱度，进步电路的牢靠性。
而下图所示为TI公司XTR111的内部结构框图，这种电路十分合适与传感器输出直接相连构成规范的4~20mA变送器。
