电压电流转换接口AM442原理及应用

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摘要：介绍了德国Analog Microelectronics公司生产的电压-电流转换器AM442的主要特点、管脚功能、工作原理、使用方法及应用电路。

    关键词：电压/电流转换器 接口 AM442

1 概述

AM442是一个用于处理差分电桥信号的电压电流转换接口集成电路。它不仅能通过二线制方式将输入信号转换成标准的4-20mA电流信号，而且也能通过三线制方式输出0/4-20mA的电流信号。

AM442由三部分组成，一是用于差分信号放大的高精度前置放大器（I A），二是高度稳定的可调参考电压源（4.5～10V），该电压源同时可作为外接器件的激励电源，三是由电压控制的电流输出级，用于将电压信号转换成电流输出(0/4-20mA，12±8mA输出)。此外，AM442还有一个附加的可作为电压源或电流源的运算放大器，因此AM442可以适应工业上的不同需求，此外，只要外接少量元件，就可使AM442成为一个用途广泛的电压电流转换接口电路。

表1 AM442的引脚功能

管  脚	名    称	简    介
1	RS+	检测电阻+
2	Vcc	工作电压
3	RS-	检测电阻-
4	OUT	输出
5	CVREF	电流电压源
6	VCRET	电流电压源调节
7	SET	输出偏置电流设定
8	IN-	反向信号输入
9	IN+	正向信号输入
10	GAIN-	增益调节
11	GAIN	增益调节
12	GAIN+	增益调节
13	VSET	参考电压选择
14	GND	IC接地
15	VREF	参考电压源输出
16	DIS	输出级控制

2 引脚功能和主要特点

AM442的引脚图如图1所示。各引脚的详细功能如表1所列。AM442有以下主要特点：

*工作电压范围宽达6～35V；

*工作温度范围为-40～+85℃；javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

*带有4.5～10V可调的高度稳定参考电压源；

*带有高精度前置放大器（输入信号范围大）；

*带有附加的电压和电流源；

*增闪系数和偏置可调；

*二线方式输出为4～20mA；

*三线方式输出为0/4～20mA；

*输出电流范围可调；

*内置极性保护；

*过载时可自动切断输出电流（可选择）；

*带有过流和超温保护功能。

3 电路原理

AM442是一个用于处理差分电桥信号的电压/电流转换接口集成电路。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>通过少量的外接元件就可以输出电流，而且可在一个较大的范围内调整。除了外接电阻Ro到Rs和电容C1(C2)之外，要使电路正常工作，还需要一个外接的三极管和一个起保护作用的二极管（见图2、图3）。外接的三极管可降低AM442的耗散功率。同时，在选择二极管和三极管时也要注意它们本身的耗散功率，AM442由三个基本单元组成，第一部分为输入级，第二部分为输出级，第三部分为可调的参考电压源。其框图如图2所示。

3.1 输入缓冲放大器

AM442的输入级是一个高精度的前置放大器。它有较大的增益调节范围，能适应不同的差分输入信号，因而可用于各种不同变化范围的传感器信号处理。增益系数的大小由外接电阻来决定。

3.2 电流输出级

在电流输出端，借用于内置参考电压源，并通过外接电阻调节偏置电压，即可调节输出电流的最小值Iset。输出电流Iout是通过集成电路管脚4（OUT）控制的三极管T1输出的。AM442的一个特别功能可通过管脚16（DIS）来实现，如果管脚DIS与参考电压管脚15（VREF）相连，那么在输入信号过载时，输出电流会自动切断。如果管脚16（DIS）空着，那么输出电流不会因为输入信号过载而自动切断。

此外，当芯片温度过高时，AM422会自动切断输出电流。

3.3 参考电压源

AM442中的参考电压源，可用作需要恒定电压的传感器或其它外接电路的供电电源。它可通过外接的电压分配器提供从4.5V～10V的任意一个数值的电压源。

图3 三线输出应用电路

    4.1 三线输出应用电路

AM442典型的三线输出应用如图3所示。在三线方式输出时，管脚2（Vcc）和管脚1(RS+)相联，管脚14（GND）与地Ground相联，电路的输出增益系数可由外接电阻R1和R2来调节。AM442在该方式工作时，电路具有过流关断功能。

该例中，如需输出电流在0～20mA之间变化，那么，在偏置电流Iset为零（管脚7与管脚14相联）时。根据转换公式，其输出电流Iout应为：

Iout=VinGin/R0

同时，在电源电压和集成电路的最小工作电压Vcc(min)为6V时，它们与负载电阻RL之间的关系必须满足下面的式子，整个电路才能正常工作：

Vs据≥IoutmaxRL+6V

若将附加的运算放大器作为恒流源来使用。那么，用于传感器的桥式电路中的恒流源电流Is，可通过外接电阻Rset来确定，公式为：

Is=VBG/RSET

式中，VBG应取1.27V。实际上，在输出电流范围为0～20mA(三线方式输出)时，如果输入电压Vin的范围为0～250mV，VREF=5V,Gin=2，那么，其主要外接元件的取值应为:R0=25Ω,R1=22kΩ，R2=22kΩ，R5=40Ω,RL=0～600Ω,C1=2.2μF。

图4 二线输出应用电路

    4.2 二线方式输出应用电路

图4给出了典型的二线方式输出应用电路图。在二线方式输出时，管脚2（Vcc）和管脚3（RS-）相连。需要说明的是，该方式由于AM442的16脚（DIS）悬空不接，因此不具有输入过载时的超载判断功能。而输出增益系数则仍由外接电阻R1和R2调节。

对于二线输出方式，在输出电流范围为4～20mA时，如果输入电压VIN的范围为0～200mV，VREF=5V,GIN=2，那么，外接元件的数值应为：R0=25Ω,R1=22kΩ,R2=22kΩ,R3=100kΩ,R4=0～5kΩ,R5=40Ω,RL=0～500Ω,C1=2.2μF,C2=100nF。