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電壓電流轉換接口AM442原理及應用
摘要：介紹了德國AnalogMicroelectronics公司生產的電壓-電流轉換器AM442的主要特點、管腳功能、工作原理、使用方法及應用電路。關鍵詞：電壓/電流轉換器接口AM442
1概述
AM442是一個用于處理差分電橋信號的電壓電流轉換接口集成電路。它不僅能通過二線制方式將輸入信號轉換成標準的4-20mA電流信號，而且也能通過三線制方式輸出0/4-20mA的電流信號。
AM442由三部分組成，一是用于差分信號放大的高精度前置放大器（IA），二是高度穩定的可調參考電壓源（4.5～10V），該電壓源同時可作為外接器件的激勵電源，三是由電壓控制的電流輸出級，用于將電壓信號轉換成電流輸出(0/4-20mA，12±8mA輸出)。此外，AM442還有一個附加的可作為電壓源或電流源的運算放大器，因此AM442可以適應工業上的不同需求，此外，只要外接少量元件，就可使AM442成為一個用途廣泛的電壓電流轉換接口電路。
表1AM442的引腳功能
管腳名稱簡介1RS+檢測電阻+2Vcc工作電壓3RS-檢測電阻-4OUT輸出5CVREF電流電壓源6VCRET電流電壓源調節7SET輸出偏置電流設定8IN-反向信號輸入9IN+正向信號輸入10GAIN-增益調節11GAIN增益調節12GAIN+增益調節13VSET參考電壓選擇14GNDIC接地15VREF參考電壓源輸出16DIS輸出級控制
2引腳功能和主要特點
AM442的引腳圖如圖1所示。各引腳的詳細功能如表1所列。AM442有以下主要特點：
*工作電壓范圍寬達6～35V；
*工作溫度范圍為-40～+85℃；
*帶有4.5～10V可調的高度穩定參考電壓源；
*帶有高精度前置放大器（輸入信號范圍大）；
*帶有附加的電壓和電流源；
*增閃系數和偏置可調；
*二線方式輸出為4～20mA；
*三線方式輸出為0/4～20mA；
*輸出電流范圍可調；
*內置極性保護；
*過載時可自動切斷輸出電流（可選擇）；
*帶有過流和超溫保護功能。
3電路原理
AM442是一個用于處理差分電橋信號的電壓/電流轉換接口集成電路。通過少量的外接元件就可以輸出電流，而且可在一個較大的范圍內調整。除了外接電阻Ro到Rs和電容C1(C2)之外，要使電路正常工作，還需要一個外接的三極管和一個起保護作用的二極管（見圖2、圖3）。外接的三極管可降低AM442的耗散功率。同時，在選擇二極管和三極管時也要注意它們本身的耗散功率，AM442由三個基本單元組成，第一部分為輸入級，第二部分為輸出級，第三部分為可調的參考電壓源。其框圖如圖2所示。
3.1輸入緩沖放大器
AM442的輸入級是一個高精度的前置放大器。它有較大的增益調節范圍，能適應不同的差分輸入信號，因而可用于各種不同變化范圍的傳感器信號處理。增益系數的大小由外接電阻來決定。
3.2電流輸出級
在電流輸出端，借用于內置參考電壓源，并通過外接電阻調節偏置電壓，即可調節輸出電流的最小值Iset。輸出電流Iout是通過集成電路管腳4（OUT）控制的三極管T1輸出的。AM442的一個特別功能可通過管腳16（DIS）來實現，如果管腳DIS與參考電壓管腳15（VREF）相連，那么在輸入信號過載時，輸出電流會自動切斷。如果管腳16（DIS）空著，那么輸出電流不會因為輸入信號過載而自動切斷。
此外，當芯片溫度過高時，AM422會自動切斷輸出電流。
3.3參考電壓源
AM442中的參考電壓源，可用作需要恒定電壓的傳感器或其它外接電路的供電電源。它可通過外接的電壓分配器提供從4.5V～10V的任意一個數值的電壓源。
圖3三線輸出應用電路
4.1三線輸出應用電路
AM442典型的三線輸出應用如圖3所示。在三線方式輸出時，管腳2（Vcc）和管腳1(RS+)相聯，管腳14（GND）與地Ground相聯，電路的輸出增益系數可由外接電阻R1和R2來調節。AM442在該方式工作時，電路具有過流關斷功能。
該例中，如需輸出電流在0～20mA之間變化，那么，在偏置電流Iset為零（管腳7與管腳14相聯）時。根據轉換公式，其輸出電流Iout應為：
Iout=VinGin/R0
同時，在電源電壓和集成電路的最小工作電壓Vcc(min)為6V時，它們與負載電阻RL之間的關系必須滿足下面的式子，整個電路才能正常工作：
Vs據≥IoutmaxRL+6V
若將附加的運算放大器作為恒流源來使用。那么，用于傳感器的橋式電路中的恒流源電流Is，可通過外接電阻Rset來確定，公式為：
Is=VBG/RSET
式中，VBG應取1.27V。實際上，在輸出電流范圍為0～20mA(三線方式輸出)時，如果輸入電壓Vin的范圍為0～250mV，VREF=5V,Gin=2，那么，其主要外接元件的取值應為:R0=25Ω,R1=22kΩ，R2=22kΩ，R5=40Ω,RL=0～600Ω,C1=2.2μF。
圖4二線輸出應用電路
4.2二線方式輸出應用電路
圖4給出了典型的二線方式輸出應用電路圖。在二線方式輸出時，管腳2（Vcc）和管腳3（RS-）相連。需要說明的是，該方式由于AM442的16腳（DIS）懸空不接，因此不具有輸入過載時的超載判斷功能。而輸出增益系數則仍由外接電阻R1和R2調節。
對于二線輸出方式，在輸出電流范圍為4～20mA時，如果輸入電壓VIN的范圍為0～200mV，VREF=5V,GIN=2，那么，外接元件的數值應為：R0=25Ω,R1=22kΩ,R2=22kΩ,R3=100kΩ,R4=0～5kΩ,R5=40Ω,RL=0～500Ω,C1=2.2μF,C2=100nF。
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