在4~20mA电流环中如何使用高压、大电流驱动放大器

从±2.5V产生±20mA电流驱动
图3所示电路亦可用来产生±20mA电流驱动。当VREF=0V时，-2.5～+2.5V的输入范围产生标称±20mA的电流输出，如图4所示。输入电压(VIN)和“正向”运算放大器输出电压(V1)之间的关系如下：

VIN=(R2/R1)×(1-α/β)×V1+VREF×(1-(R2/R1)×1/(β×(R2+R1))) (2)

式中，α=(1/RSENSE)+R2/(R1×(R1+R2))；β=(1/RSENSE)+(1/R1)+(1/RLOAD)

在式（2）中代入元件值：

V1=4.876×VIN-4.872×VREF (3)

式（3）中的关系式有助于避免输出器件饱和。实际上，当VIN=2.5V时，下端运算放大器的输出(V1)达到12.2V左右。如果输入电压超过2.5V，最终输出器件将达到其饱和点，输出电压不再增大。图4中曲线变得平坦，与理想特性曲线不一致。反相端输入低于-2.5V时，将出现类似结果。

图4 ±2.5V输入电压范围可产生±20mA输出电流

图4数据说明，当源出、吸入电流达到大约±21.5mA时，相当于±2.68V输入和正向(下端)运算放大器输出达到±13V，MAX9943仍然能够工作在线性范围。因为MAX9943的输出电压能够非常接近负电源电压，实际负向电流可以达到较大幅度。该器件的正向输出摆幅限制在正电源电压的2V以内。

有些应用需要更大的输出电流，以满足设计裕量的需求或为校准保留一定空间。对于这类应用，图3电路可采用±18V双电源(代替±15V)供电。此时，运算放大器能够驱动最大±24mA (对应于±3V输入)的电流，并保持工作在线性区域，如图5所示。

图5 ±3V输入电压范围可产生±24mA输出电流

从0～2.5V输入范围产生4～20mA电流驱动
由式（3），当VREF=-0.25V、输入范围介于0～+2.5V时能够产生2～22mA的电流输出(见图6)。通常在4～20mA电流环中，设计人员希望动态范围具有一定的附加“空间”(例如，2～22mA)，以便用于软件校准。如果需要更大电流，MAX9943可以采用±18V双电源供电，如上所述。

图6 通过0～2.5V输入电压范围产生4～20mA输出电流

结论
电流环被广泛用于需要将信息从远端传感器传输到中央处理单元，或从中心单元传输到远端传感器的工业应用。

实验证明，MAX9943运算放大器非常适合将传感器或DAC输出的电压信号转换成4～20mA或±20mA电流的控制环应用。MAX9943在整个温度范围内都具有精密的大电流驱动能力。驱动高达1nF的容性负载时能够保持稳定工作，而长距离传输中经常会遇到较大的容性负载。