CN101938271B - 一种微电流/电压转换信号调理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微电流/电压转换信号调理装置，包括外部检测信号输入单元、反相器放大器、第一电压跟随器、第二电压跟随器以及A/D转换单元，所述的反相器放大器以及第一电压跟随器均与外部检测信号输入单元连接，该反相器放大器以及第一电压跟随器均经第二电压跟随器与A/D转换单元连接，所述的外部检测信号输入单元提供外部检测信号，该外部检测信号经反相放大器以及第一电压跟随器处理后合成给第二电压跟随器处理，处理后再输出给A/D转换单元。本发明所使用的元器件较少，市场上比较容易获得，且具有结构简单、性能稳定以及价格低廉的特点，具有较高的使用价值；采用的元器件数目和种类均较少，避免因元件特性问题导致系统的性能不稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电流/电压转换信号调理技术，特别是涉及一种微电流/电压转换信号调理电路。
背景技术
目前的电流/电压转换通常指的是对交流信号的转换处理，并没有考虑到某些特殊场合对输入信号中叠加脉动直流分量的交流信号的检测与处理。传统的电路需要的元器件种类繁多，电路复杂而且容易产生振荡，性能不稳定；而采用电流/电压转换集成芯片设计的电路又价格昂贵，成本高不适合批量生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种微电流/电压转换信号调理电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种微电流/电压转换信号调理电路，其特征在于，包括外部检测信号输入单元、反相器放大器、第一电压跟随器、第二电压跟随器以及A/D转换单元，所述的反相器放大器以及第一电压跟随器均与外部检测信号输入单元连接，该反相器放大器以及第一电压跟随器均经第二电压跟随器与A/D转换单元连接，所述的外部检测信号输入单元提供外部检测信号，该外部检测信号经反相放大器以及第一电压跟随器处理后合成给第二电压跟随器处理，处理后再输出给A/D转换单元。
所述的外部检测信号输入单元包括相平衡互感器U1以及负载取样电阻RS，所述的负载取样电阻RS与相平衡互感器U1并联后接地。
所述的反相器放大器包括输入电阻R1、平衡电阻R2、反馈电阻R3、高速开关二极管D1、高速开关二极管D2以及运算放大器IC1，所述的运算放大器IC1的反向输入端通过输入电阻R1与相平衡互感器U1连接，该运算放大器IC1的正相输入端通过平衡电阻R2后接地，所述的运算放大器IC1的反相输出端与高速开关二极管D2的正极连接，该高速开关二极管D2的负极与反馈电阻R3的一端连接，该反馈电阻R3的另一端与运算放大器IC1的反相输入端连接，所述的高速开关二极管D1的正极通过输入电阻R1与相平衡互感器U1连接，负极与高速开关二极管D2的正极连接。
所述的第一电压跟随器包括电阻R4、电阻R5、高速开关二极管D3、高速开关二极管D4以及运算放大器IC2，所述的运算放大器IC2的正极通过电阻R4与相平衡互感器U1连接，该运算放大器IC2的输出端与高速开关二极管D4的正极连接，该高速开关二极管D4的负极通过电阻R5与运算放大器IC2的负极连接，所述的高速开关二极管D3的负极与相平衡互感器U1连接，其正极与高速开关二极管D4的正极连接。
所述的第二电压跟随器包括电阻R6、电阻R7以及运算放大器IC3，所述的运算放大器IC3的正极通过电阻R6与高速开关二极管D2的负极、高速开关二极管D4的负极连接，该运算放大器IC3的输出端与A/D转换单元连接，所述的电阻R7的两端分别与运算放大器IC3的负极以及输出端连接。
所述的运算放大器IC1、运算放大器IC2以及运算放大器IC3均采用OPLM224。
所述的高速开关二极管D1、高速开关二极管D2、高速开关二极管D3以及高速开关二极管D4均采用1N4148型高速开关二极管。
与现有技术相比，本发明有效解决了现有技术存在的缺陷，所使用的元器件较少，市场上比较容易获得，且具有结构简单、性能稳定以及价格低廉的特点，具有较高的使用价值；采用的元器件数目和种类均较少，避免因元件特性问题导致系统的性能不稳定。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，一种微电流/电压转换信号调理电路，包括外部检测信号输入单元I、反相器放大器II、第一电压跟随器III、第二电压跟随器IV以及A/D转换单元V，所述的反相器放大器II以及第一电压跟随器III均与外部检测信号输入单元I连接，该反相器放大器II以及第一电压跟随器III均经第二电压跟随器IV与A/D转换单元V连接，所述的外部检测信号输入单元I提供外部检测信号，该外部检测信号经反相放大器II以及第一电压跟随器III处理后合成给第二电压跟随器IV处理，处理后再输出给A/D转换单元V。
所述的外部检测信号输入单元I包括相平衡互感器U1以及负载取样电阻RS，所述的负载取样电阻RS与相平衡互感器U1并联后接地；所述的反相器放大器II包括输入电阻R1、平衡电阻R2、反馈电阻R3、高速开关二极管D1、高速开关二极管D2以及运算放大器IC1，所述的运算放大器IC1的反相输入端通过输入电阻R1与相平衡互感器U1连接，该运算放大器IC1的正相输入端通过平衡电阻R2后接地，所述的运算放大器IC1的反相输出端与高速开关二极管D2的正极连接，该高速开关二极管D2的负极与反馈电阻R3的一端连接，该反馈电阻R3的另一端与运算放大器IC1的反向输入端连接，所述的高速开关二极管D1的正极通过输入电阻R1与相平衡互感器U1连接，负极与高速开关二极管D2的正极连接；所述的第一电压跟随器III包括电阻R4、电阻R5、高速开关二极管D3、高速开关二极管D4以及运算放大器IC2，所述的运算放大器IC2的正极通过电阻R4与相平衡互感器U1连接，该运算放大器IC2的输出端与高速开关二极管D4的正极连接，该高速开关二极管D4的负极通过电阻R5与运算放大器IC2的负极连接，所述的高速开关二极管D3的负极与相平衡互感器U1连接，其正极与高速开关二极管D4的正极连接；所述的第二电压跟随器IV包括电阻R6、电阻R7以及运算放大器IC3，所述的运算放大器IC3的正极通过电阻R6与高速开关二极管D2的负极、高速开关二极管D4的负极连接，该运算放大器IC3的输出端与A/D转换单元V连接，所述的电阻R7的两端分别与运算放大器IC3的负极以及输出端连接；所述的运算放大器IC1、运算放大器IC2以及运算放大器IC3均采用OPLM224；所述的高速开关二极管D1、高速开关二极管D2、高速开关二极管D3以及高速开关二极管D4均采用1N4148型高速开关二极管。
U1为相平衡互感器，提供外部检测信号。RS为负载取样电阻，该电路由相平衡互感器、反相器、电压跟随器、A/D转换电路组成，电阻R1、R2、R3与运算放大器IC1组成反相器，电阻R4、R5与运算放大器IC2组成电压跟随器，电阻R6、R7与运算放大器IC3组成电压跟随器。
R4、R5为IC2的输入端串联电阻，以限制输入电流，并且可以有效的防止电压跟随器IC2产生阻塞。信号Ui为输入电流信号，可以为交流电流信号，也可以是脉动直流信号。Ui经IC1反相器和IC2电压跟随器处理后合成送IC3电压跟随器，最后传送给A/D转换处理。
当Ui＞0，IC2通过D4输出，当Ui＜0，IC1通过D2输出，合成后，由电阻R6、R7与IC3组成电压跟随器进行阻抗转换，将信号传送给A/D转换处理。
当Ui＞0，IC2通过D4输出，若D4死区电压0.7V，则Ui＝0.7/AVD时，D4就导通。AVD为运算放大器开环最大倍数。很显然，死区电压最后被削弱AVD倍，使转换精度和线性得到提高，R4、R5此时为防阻塞电阻。通过限流达到防止电压超过运算放大器的共模输入电压指标范围，以避免运算放大器的损坏。D3为Ui＜0时反向抑制二极管，防止运算放大器失调饱和输出。
当Ui＜0，D1截止，IC1通过D2输出，R1为输入电阻，R3为反馈电阻。放大系数为R3/R1，R2为平衡电阻。负信号经反相后变为正信号经过D2输出。D3为抑制二极管，当正信号输入时防止运算放大器失调。
IC1、IC2、IC3为OPLM224；D1、D2、D3、D4为1N4148型高速开关二极管。
Claims (5)
1.一种微电流/电压转换信号调理电路，其特征在于，包括外部检测信号输入单元、反相器放大器、第一电压跟随器、第二电压跟随器以及A/D转换单元，所述的反相器放大器以及第一电压跟随器均与外部检测信号输入单元连接，该反相器放大器以及第一电压跟随器均经第二电压跟随器与A/D转换单元连接，所述的外部检测信号输入单元提供外部检测信号，该外部检测信号经反相放大器以及第一电压跟随器处理后合成给第二电压跟随器处理，处理后再输出给A/D转换单元；
所述的反相器放大器包括输入电阻(R1)、平衡电阻(R2)、反馈电阻(R3)、高速开关二极管D1、高速开关二极管D2以及运算放大器IC1，所述的运算放大器IC1的反相输入端通过输入电阻(R1)与相平衡互感器(U1)连接，该运算放大器IC1的同相输入端通过平衡电阻(R2)后接地，所述的运算放大器IC1的输出端与高速开关二极管D2的正极连接，该高速开关二极管D2的负极与反馈电阻(R3)的一端连接，该反馈电阻(R3)的另一端与运算放大器IC1的反相输入端连接，所述的高速开关二极管D1的正极通过输入电阻(R1)与相平衡互感器(U1)连接，负极与高速开关二极管D2的正极连接；
所述的第一电压跟随器包括电阻R4、电阻R5、高速开关二极管D3、高速开关二极管D4以及运算放大器IC2，所述的运算放大器IC2的同相输入端通过电阻R4与相平衡互感器(U1)连接，该运算放大器IC2的输出端与高速开关二极管D4的正极连接，该高速开关二极管D4的负极通过电阻R5与运算放大器IC2的反向输入端连接，所述的高速开关二极管D3的负极与相平衡互感器(U1)连接，其正极与高速开关二极管D4的正极连接。
2.根据权利要求1所述的一种微电流/电压转换信号调理电路，其特征在于，所述的外部检测信号输入单元包括相平衡互感器(U1)以及负载取样电阻(RS)，所述的负载取样电阻(RS)与相平衡互感器(U1)并联后接地。
3.根据权利要求1所述的一种微电流/电压转换信号调理电路，其特征在于，所述的第二电压跟随器包括电阻R6、电阻R7以及运算放大器IC3，所述的运算放大器IC3的同相输入端通过电阻R6与高速开关二极管D2的负极、高速开关二极管D4的负极连接，该运算放大器IC3的输出端与A/D转换单元连接，所述的电阻R7的两端分别与运算放大器IC3的反向输入端以及输出端连接。
4.根据权利要求3所述的一种微电流/电压转换信号调理电路，其特征在于，所述的运算放大器IC1、运算放大器IC2以及运算放大器IC3均采用OPLM224。
5.根据权利要求3或4所述的一种微电流/电压转换信号调理电路，其特征在于，所述的高速开关二极管D1、高速开关二极管D2、高速开关二极管D3以及高速开关二极管D4均采用1N4148型高速开关二极管。
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