CN102723938A - 一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，属于电流/电压转换电路，包括：包括电流输入端1，电压输出端2，其特征在于：电流/电压转换信号电路3，有源低通滤波电路4，电压信号放大电路5，连接关系为：电流输入端1分别与电流检测电阻序列6中的电阻6’连接，多路选择开关7中的一路开关7’呈闭合状态，其余开关7’呈断开状态后得到一个电压信号U1，U1经有源低通滤波电路4去除U1中的噪声，得到电压信号U2，U2经电压放大电路5后得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端2。优点为工作状态稳定无振荡；输入动态范围宽，可检测微弱电流信号；响应时间短；信噪比高；具有放大功能，便于后续处理；具有较高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流/电压转换电路，具体的说是一种能够具有滤波和放大功能的电流转换成电压功能的电流/电压转换电路。
背景技术
现有很多实验中要通过电子元件将电流信号转换为电压信号，这些转换电路虽然能得到电压信号，但是往往要求输入电流信号幅值较大，且动态范围较小，或得到电压信号携带比较大的噪声，或者电压信号幅值比较小，或电流转电压电路的响应时间较长。由此得出的电压信号在进行下一步实验的时候会产生一定的负面影响。故现在还没有一种电流/电压转换电路可以将该电流-电压转换电路能检测到小于1nA的微弱电流信号，并能在十几个微妙内将其转换成电压信号，电压信号经有源低通滤波电路降噪后，再对电压信号放大。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，该结构可以有效地检测到小于1nA的微弱电流信号，并能在十几个微妙内将其转换成电压信号，电压信号经有源低通滤波电路降噪后，再对电压信号放大。
根据本发明第一方面，提供了一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，包括：包括电流输入，电压输出端，其特征在于：电流/电压转换信号电路，有源低通滤波电路，电压信号放大电路，各个电路之间的连接关系为：电流输入端分别与电流检测电阻序列中的电阻连接，多路选择开关中的一路开关呈闭合状态，其余开关呈断开状态后得到一个电压信号U1，U1经有源低通滤波电路去除U1中的噪声，得到电压信号U2，U2经电压放大电路后得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端；其中所述电流/电压转换信号电路中包括电流检测电阻序列和多路选择电子开关，所述电流检测电阻序列含有多个并联电阻构成，且每个电阻均与多路选择电子开关中的一路开关串联。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电流/电压转换信号电路，包括：电流输入端、电流检测电阻序列、多路选择电子开关、运算放大器、限频电容、旁路电容、偏置电阻和电压信号U1，其中电流检测电阻序列含有多个并联电阻构成，且每个电阻均与多路选择电子开关中的一路开关串联，连接关系为：偏置电阻介于运算放大器同相输入与信号地之间，作用为电流输入为零的时候，确保电压信号U1为零；电流输入端分别与电流检测电阻序列中的电阻连接，多路选择开关中的一路开关呈闭合状态，其余开关呈断开状态后得到一个电压信号U1。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述有源低通滤波电路，包括：运算放大器、RC网络、其中，RC网络的输出与运算放大器同相输入端连接，电压信号U1经RC网络将高频信号滤除得到电压信号U2。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电压信号放大电路，包括运算放大器、电压信号U2和同相比例电阻和反馈电阻，其中：其中，电压信号U2经过运算放大器得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端，同相比例电阻介于信号地和运算放大器反向输入端，反馈电阻介于电压输出端与运算放大器的反相输入端。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述旁路电容介于运算放大器的供电电源与信号地之间，其中旁路电容可以为1到2个，作用为滤除电源中的高频噪声。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述RC网络为多个一阶RC电路并联而成且其中一阶RC电路的范围在2到6之间。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电流输入范围在1nA-20uA。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：电流检测电阻序列阻值：470Ω-10MΩ。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：电流检测电阻序列中的各电阻阻值之间为倍数关系，其倍数范围在2到17之间。
所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：电流检测电阻序列中的各电阻为精密电阻，电阻的精度要求在1/1000至5/10000。
与现有技术相比具有以下优点，一是电路工作状态稳定可靠无振荡；
二是该结构输入动态范围较宽且可拓展，可以有效地检测到范围在1nA-20uA的微弱电流信号；三是响应时间短、并能在十几个微秒内将其转换成电压信号；四是信噪比高，电压信号经有源低通滤波降噪后，噪声仅为十几个毫伏；五是具有放大功能，由电流转换为电压的信号被放大后幅值提高，便于后续处理；六是具有较高的实用价值。
附图说明
图1是本发明一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路的模块示意图；
图2是本发明一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路中电流/电压转换信号电路图；
图3是本发明一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路中有源低通滤波电路图；
图4是本发明一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路中电压信号放大电路图；
附图标记说明：1为电流输入端，2为电压输出端，3为电流/电压转换信号电路，4为有源低通滤波电路，5为电压信号放大电路，6为电流检测电阻序列6中，6’为电流检测电阻序列中的电阻，7为多路选择开关，7’为多路选择开关中的一路开关，8为运算放大器、9为限频电容、10为旁路电容、11为偏置电阻，12为RC网络，12’为RC网络中多个一阶RC电路，13为同相比例电阻，14为反馈电阻。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，图1显示了本发明的带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路的模块示意图，图2显示了本发明一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路中电流转换为初始电压的电路图；
如图1所示：一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，包括：电流输入端1，电压输出端2，其特征在于：电流/电压转换信号电路3，有源低通滤波电路4，电压信号放大电路5，各个电路之间的连接关系为：电流输入端1分别与电流检测电阻序列6中的电阻6’连接，多路选择开关7中的一路开关7’呈闭合状态，其余开关7’呈断开状态后得到一个电压信号U1，U1经有源低通滤波电路4去除U1中的噪声，得到电压信号U2，U2经电压放大电路5后得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端2；其中所述电流/电压转换信号电路中包括电流检测电阻序列6和多路选择电子开关7，所述电流检测电阻序列6含有多个并联电阻6’构成，且每个电阻6’均与多路选择电子开关7中的一路开关7’串联。
如图2所示，所述电流/电压转换信号电路3，包括：电流输入端1、电流检测电阻序列6、多路选择电子开关7、运算放大器8、限频电容9、旁路电容10、偏置电阻11和电压信号U1，其中电流检测电阻序列6含有多个并联电阻6’构成，且每个电阻6’均与多路选择电子开关7中的一路开关7’串联，连接关系为：偏置电阻11介于运算放大器8同相输入与信号地之间，作用为电流输入为零的时候，确保电压信号U1为零；电流输入端1分别与电流检测电阻序列6中的电阻6’连接，多路选择开关7中的一路开关7’呈闭合状态，其余开关7’呈断开状态后得到一个电压信号U1。
如图3所示，所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述有源低通滤波电路4，包括：运算放大器8、RC网络12、其中，RC网络12的输出与运算放大器8同相输入端连接，电压信号U1经RC网络12将高频信号滤除得到电压信号U2。
如图4所示，所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电压信号放大电路5，包括运算放大器8、电压信号U2和同相比例电阻13和反馈电阻14，其中：其中，电压信号U2经过运算放大器8得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端2，同相比例电阻13介于信号地和运算放大器8反向输入端，反馈电阻14介于电压输出端2与运算放大器8的反相输入端。
如图2所示，具体实施时所述旁路电容10介于运算放大器8的供电电源与信号地之间，其中旁路电容10为1个，作用为滤除电源中的高频噪声。
如图3所示，具体实施时所述RC网络12为多个一阶RC电路12’并联而成且其中一阶RC电路12’的数量为3。
如图1所示，具体实施时所述电流输入值为10nA。
如图1所示，具体实施时所述电流检测电阻序列6阻值为470Ω。
如图1所示，具体实施时所述电流检测电阻序列6中的各电阻6’阻值之间为倍数关系，其倍数为5倍。
如图1所示，具体实施时所述电流检测电阻序列6中的各电阻6’为精密电阻，电阻的精度要求为1/1000。
实施例2，图1显示了本发明的带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路的模块示意图，图2显示了本发明一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路中电流转换为初始电压的电路图；
如图1所示：一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，包括：电流输入端1，电压输出端2，其特征在于：电流/电压转换信号电路3，有源低通滤波电路4，电压信号放大电路5，各个电路之间的连接关系为：电流输入端1分别与电流检测电阻序列6中的电阻6’连接，多路选择开关7中的一路开关7’呈闭合状态，其余开关7’呈断开状态后得到一个电压信号U1，U1经有源低通滤波电路4去除U1中的噪声，得到电压信号U2，U2经电压放大电路5后得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端2；其中所述电流/电压转换信号电路中包括电流检测电阻序列6和多路选择电子开关7，所述电流检测电阻序列6含有多个并联电阻6’构成，且每个电阻6’均与多路选择电子开关7中的一路开关7’串联。
如图2所示，所述电流/电压转换信号电路3，包括：电流输入端1、电流检测电阻序列6、多路选择电子开关7、运算放大器8、限频电容9、旁路电容10、偏置电阻11和电压信号U1，其中电流检测电阻序列6含有多个并联电阻6’构成，且每个电阻6’均与多路选择电子开关7中的一路开关7’串联，连接关系为：偏置电阻11介于运算放大器8同相输入与信号地之间，作用为电流输入为零的时候，确保电压信号U1为零；电流输入端1分别与电流检测电阻序列6中的电阻6’连接，多路选择开关7中的一路开关7’呈闭合状态，其余开关7’呈断开状态后得到一个电压信号U1。
如图3所示，所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述有源低通滤波电路4，包括：运算放大器8、RC网络12、其中，RC网络12的输出与运算放大器8同相输入端连接，电压信号U1经RC网络12将高频信号滤除得到电压信号U2。
如图4所示，所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电压信号放大电路5，包括运算放大器8、电压信号U2和同相比例电阻13和反馈电阻14，其中：其中，电压信号U2经过运算放大器8得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端2，同相比例电阻13介于信号地和运算放大器8反向输入端，反馈电阻14介于电压输出端2与运算放大器8的反相输入端。
如图2所示，具体实施时所述旁路电容10介于运算放大器8的供电电源与信号地之间，其中旁路电容10可以为1到2个，作用为滤除电源中的高频噪声。
如图3所示，具体实施时所述RC网络12为多个一阶RC电路12’并联而成且其中一阶RC电路12’的范围在2到6之间。
如图1所示，具体实施时所述电流输入值为在100nA。
如图1所示，具体实施时所述电流检测电阻序列6阻值为3MΩ，
如图1所示，具体实施时所述电流检测电阻序列6中的各电阻6’阻值之间为倍数关系，其倍数值为12。
如图1所示，具体实施时所述电流检测电阻序列6中的各电阻6’为精密电阻，电阻的精度值为5/1000。
综上所述，与现有技术相比具有以下优点，一是电路工作状态稳定可靠无振荡；二是该结构输入动态范围较宽且可拓展，可以有效地检测到范围在1nA-20uA的微弱电流信号；三是响应时间短、并能在十几个微秒内将其转换成电压信号；四是信噪比高，电压信号经有源低通滤波降噪后，噪声仅为十几个毫伏；五是具有放大功能，由电流转换为电压的信号被放大后幅值提高，便于后续处理；六是具有较高的实用价值。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，包括：包括电流输入，电压输出端，其特征在于：电流/电压转换信号电路，有源低通滤波电路，电压信号放大电路，各个电路之间的连接关系为：电流输入端分别与电流检测电阻序列中的电阻连接，多路选择开关中的一路开关呈闭合状态，其余开关呈断开状态后得到一个电压信号U1，U1经有源低通滤波电路去除U1中的高频噪声，得到电压信号U2，U2经电压放大电路后得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端；其中所述电流/电压转换信号电路中包括电流检测电阻序列和多路选择电子开关，所述电流检测电阻序列含有多个并联电阻构成，且每个电阻均与多路选择电子开关中的一路开关串联。
2.根据权利要求1所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电流/电压转换信号电路，包括：电流输入端、电流检测电阻序列、多路选择电子开关、运算放大器、限频电容、旁路电容、偏置电阻和电压信号U1，其中电流检测电阻序列含有多个并联电阻构成，且每个电阻均与多路选择电子开关中的一路开关串联，连接关系为：偏置电阻介于运算放大器同相输入与信号地之间，作用为电流输入为零的时候，确保电压信号U1为零；电流输入端分别与电流检测电阻序列中的电阻连接，多路选择开关中的一路开关呈闭合状态，其余开关呈断开状态后得到一个电压信号U1。
3.根据权利要求1所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述有源低通滤波电路，包括：运算放大器、RC网络、其中，RC网络的输出与运算放大器同相输入端连接，电压信号U1经RC网络将高频信号滤除得到电压信号U2。
4.根据权利要求1所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电压信号放大电路，包括运算放大器、电压信号U2和同相比例电阻和反馈电阻，其中：电压信号U2经过运算放大器得到幅值增大的电压信号U3，即电压输出端，同相比例电阻介于信号地和运算放大器反向输入端，反馈电阻介于电压输出端与运算放大器的反相输入端。
5.根据权利要求2所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述旁路电容介于运算放大器的供电电源与信号地之间，其中旁路电容可以为1到2个，作用为滤除电源中的高频噪声。
6.根据权利要求3所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述RC网络为多个一阶RC电路并联而成且其中一阶RC电路的范围在2到6之间。
7.根据权利要求1所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：所述电流输入范围在1nA-20uA。
8.根据权利要求1所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：电流检测电阻序列阻值：470Ω-10MΩ。
9.根据权利要求1所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：电流检测电阻序列中的各电阻阻值之间为倍数关系，其倍数范围在2到17之间。
10.根据权利要求1所述的一种带有滤波及放大功能的电流/电压转换电路，其特征在于：电流检测电阻序列中的各电阻为精密电阻，电阻的精度要求在1/1000至5/10000。
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