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電壓電流轉(zhuǎn)換接口AM442原理及應(yīng)用
摘要：介紹了德國(guó)AnalogMicroelectronics公司生產(chǎn)的電壓-電流轉(zhuǎn)換器AM442的主要特點(diǎn)、管腳功能、工作原理、使用方法及應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞：電壓/電流轉(zhuǎn)換器接口AM442
1概述
AM442是一個(gè)用于處理差分電橋信號(hào)的電壓電流轉(zhuǎn)換接口集成電路。它不僅能通過(guò)二線制方式將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)，而且也能通過(guò)三線制方式輸出0/4-20mA的電流信號(hào)。
AM442由三部分組成，一是用于差分信號(hào)放大的高精度前置放大器（IA），二是高度穩(wěn)定的可調(diào)參考電壓源（4.5～10V），該電壓源同時(shí)可作為外接器件的激勵(lì)電源，三是由電壓控制的電流輸出級(jí)，用于將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流輸出(0/4-20mA，12±8mA輸出)。此外，AM442還有一個(gè)附加的可作為電壓源或電流源的運(yùn)算放大器，因此AM442可以適應(yīng)工業(yè)上的不同需求，此外，只要外接少量元件，就可使AM442成為一個(gè)用途廣泛的電壓電流轉(zhuǎn)換接口電路。
表1AM442的引腳功能
管腳名稱簡(jiǎn)介1RS+檢測(cè)電阻+2Vcc工作電壓3RS-檢測(cè)電阻-4OUT輸出5CVREF電流電壓源6VCRET電流電壓源調(diào)節(jié)7SET輸出偏置電流設(shè)定8IN-反向信號(hào)輸入9IN+正向信號(hào)輸入10GAIN-增益調(diào)節(jié)11GAIN增益調(diào)節(jié)12GAIN+增益調(diào)節(jié)13VSET參考電壓選擇14GNDIC接地15VREF參考電壓源輸出16DIS輸出級(jí)控制
2引腳功能和主要特點(diǎn)
AM442的引腳圖如圖1所示。各引腳的詳細(xì)功能如表1所列。AM442有以下主要特點(diǎn)：
*工作電壓范圍寬達(dá)6～35V；
*工作溫度范圍為-40～+85℃；
*帶有4.5～10V可調(diào)的高度穩(wěn)定參考電壓源；
*帶有高精度前置放大器（輸入信號(hào)范圍大）；
*帶有附加的電壓和電流源；
*增閃系數(shù)和偏置可調(diào)；
*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(diào)；
*內(nèi)置極性保護(hù)；
*過(guò)載時(shí)可自動(dòng)切斷輸出電流（可選擇）；
*帶有過(guò)流和超溫保護(hù)功能。
3電路原理
AM442是一個(gè)用于處理差分電橋信號(hào)的電壓/電流轉(zhuǎn)換接口集成電路。通過(guò)少量的外接元件就可以輸出電流，而且可在一個(gè)較大的范圍內(nèi)調(diào)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(gè)外接的三極管和一個(gè)起保護(hù)作用的二極管（見(jiàn)圖2、圖3）。外接的三極管可降低AM442的耗散功率。同時(shí)，在選擇二極管和三極管時(shí)也要注意它們本身的耗散功率，AM442由三個(gè)基本單元組成，第一部分為輸入級(jí)，第二部分為輸出級(jí)，第三部分為可調(diào)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(jí)是一個(gè)高精度的前置放大器。它有較大的增益調(diào)節(jié)范圍，能適應(yīng)不同的差分輸入信號(hào)，因而可用于各種不同變化范圍的傳感器信號(hào)處理。增益系數(shù)的大小由外接電阻來(lái)決定。
3.2電流輸出級(jí)
在電流輸出端，借用于內(nèi)置參考電壓源，并通過(guò)外接電阻調(diào)節(jié)偏置電壓，即可調(diào)節(jié)輸出電流的最小值Iset。輸出電流Iout是通過(guò)集成電路管腳4（OUT）控制的三極管T1輸出的。AM442的一個(gè)特別功能可通過(guò)管腳16（DIS）來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果管腳DIS與參考電壓管腳15（VREF）相連，那么在輸入信號(hào)過(guò)載時(shí)，輸出電流會(huì)自動(dòng)切斷。如果管腳16（DIS）空著，那么輸出電流不會(huì)因?yàn)檩斎胄盘?hào)過(guò)載而自動(dòng)切斷。
此外，當(dāng)芯片溫度過(guò)高時(shí)，AM422會(huì)自動(dòng)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(guò)外接的電壓分配器提供從4.5V～10V的任意一個(gè)數(shù)值的電壓源。
圖3三線輸出應(yīng)用電路
4.1三線輸出應(yīng)用電路
AM442典型的三線輸出應(yīng)用如圖3所示。在三線方式輸出時(shí)，管腳2（Vcc）和管腳1(RS+)相聯(lián)，管腳14（GND）與地Ground相聯(lián)，電路的輸出增益系數(shù)可由外接電阻R1和R2來(lái)調(diào)節(jié)。AM442在該方式工作時(shí)，電路具有過(guò)流關(guān)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(lián)）時(shí)。根據(jù)轉(zhuǎn)換公式，其輸出電流Iout應(yīng)為：
Iout=VinGin/R0
同時(shí)，在電源電壓和集成電路的最小工作電壓Vcc(min)為6V時(shí)，它們與負(fù)載電阻RL之間的關(guān)系必須滿足下面的式子，整個(gè)電路才能正常工作：
Vs據(jù)≥IoutmaxRL+6V
若將附加的運(yùn)算放大器作為恒流源來(lái)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(guò)外接電阻Rset來(lái)確定，公式為：
Is=VBG/RSET
式中，VBG應(yīng)取1.27V。實(shí)際上，在輸出電流范圍為0～20mA(三線方式輸出)時(shí)，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(yīng)為:R0=25Ω,R1=22kΩ，R2=22kΩ，R5=40Ω,RL=0～600Ω,C1=2.2μF。
圖4二線輸出應(yīng)用電路
4.2二線方式輸出應(yīng)用電路
圖4給出了典型的二線方式輸出應(yīng)用電路圖。在二線方式輸出時(shí)，管腳2（Vcc）和管腳3（RS-）相連。需要說(shuō)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(guò)載時(shí)的超載判斷功能。而輸出增益系數(shù)則仍由外接電阻R1和R2調(diào)節(jié)。
對(duì)于二線輸出方式，在輸出電流范圍為4～20mA時(shí)，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(shù)值應(yīng)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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