CN107966608A - 一种采集双向电压信号的测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明一种采集双向电压信号的测量电路，具体指一种电化学仪器等需要采集双向电压信号的测量电路，涉及双向电压信号的检测技术领域。本发明是一种采集双向电压信号的测量电路，由第一跟随器(1)，第二跟随器(2)，反向器(3)，限幅电路(4)，电子切换开关(5)及电源作电路连接。采用限幅电路结合反相器，将正负双向电压信号，在无衰减的情况下直接转换成电压正信号，便于单向输入ADC芯片的直接采集。本电路同样适合正负双向电压信号的采集，具有电路结构简单，测量精度高的特点，特别在电化学仪器产品领域有很大的应用前景。

Description

一种采集双向电压信号的测量电路

技术领域

本发明涉及双向电压信号的检测技术领域，具体指一种电化学仪器等需要采集双向电压信号的测量电路。

背景技术

目前，大部分ADC芯片都是采用Σ△技术，只能采集正向电压，然而传感器给出的信号为正负电压信号，这就需要对电路做进一步的信号处理成ADC芯片可以直接读取的电压信号。目前常用的技术手段是把电压抬升以抵消负电压部分(如某仪电科学仪器股份有限公司的产品PHG-21D，自2005年以来一以贯之)。但这样如果幅度太大会超出ADC芯片的测量范围，只有把电压信号再进行比例缩小，才能达到ADC芯片的直接读取信号。这就有存在一个缺陷是信号的减小会损失信号的精度，不能达到高精度信号的测量问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种不降低信号精度的情况下，采用单向电源ADC芯片直接采集双向电压信号的新型测量电路。

本发明基于传统的整流电路的基础上，通过限幅，采用电子切换开关进行方向的切换达到测量双向电压信号的目的。

本发明一种采集双向电压信号的测量电路的工作原理(如附图1所示)简述如下：

一种采集双向电压信号的测量电路，包括电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，电容器C1、C2，二极管D1、D2，第一运算放大器U1，其中U1分为两路运放U1A和U1B，第二运算放大器U2，其中U2分为两路运放U2A和U2B，和电子切换开关及电源作电路连接。

其中，第一运算放大器U1A为第一跟随器，由电阻器R1、电容器C1和第一运算放大器U1A构成。

所述电阻器R1、电容器C1对于输入级Ui起到滤波缓冲作用，第一运算放大器U1A为第一跟随器，Ui为第一跟随器的输入，Ua为第一跟随器的输出，则Ua＝Ui。

第一运算放大器U1B为反向器，由电阻器R2、R3、R4和第一运算放大器U1B构成。

所述电阻器R2、R3，根据电流电势的流向原理，电流从Ua经过R2，R3到Ub。根据运算放大器的虚地的概念，得知Ub＝-Ua.

根据测量电子切换开关的1端与Ub端连接，2端与Uc端连接，3端与Ua端连接。

当电子切换开关的2端与3端接时，Uc＝Ua；

当电子切换开关的2端与1端接时，Uc＝Ub＝-Ua。

第二运算放大器U2A为限幅电路，由电阻器R5、R6，二极管D1，D2和第二运算放大器U2A构成限幅电路。

当Uc>25mV时，第二运算放大器输出Ue<25mV，二极管D2截止，D1导通，由于存在虚地，Ud＝25mV；当Uc<25mV时，第二运算放大器输出Ue>25mV，二极管D2导通，D1截止，电路呈反相运算状态，Ud＝50-(R6/R5)*Uc。

当电子切换开关的2端与3端连接时，Uc＝Ua＝Ui，R5＝R6，Uc<25mV时，Ui<25mV，Ud＝50-(R6/R5)*Uc>25mV。

电路后续的ADC芯片可以直接读取到Ui的值。

当电子切换开关的2端与1端连接时，由R2＝R3，得到Uc＝Ub＝-Ua＝-Ui；由R5＝R6，Uc>25mV时，Ui<-25mV,Ud＝25mV。当电路后续的ADC读取到25mV时，把电子切换开关切换到2端与3端连接，电路后续的ADC芯片就可以直接读取到Ui的值。

第二运算放大器U2B为第二跟随器，由电阻器R7、电容器C2和第二运算放大器U2B构成第二跟随器。

所述电阻器R7、电容器C2起到滤波缓冲作用，第二运算放大器U2B为第二跟随器，Ud为第二跟随器的输入，Uo为第二跟随器的输出，则Uo＝Ud。

综上所述，本发明一种采集双向电压信号的测量电路，采用限幅电路结合反相器，将正负双向电压信号，在无衰减的情况下直接转换成正电压信号，便于单向输入ADC芯片的直接采集。

附图说明

图1为本发明一种采集双向电压信号的测量电路框图；

图2为本发明实施例测量电路图；

图3为本发明实施例输入±1V测试的效果图；

图4为本发明实施例输出测试的效果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述

在pH计的应用测量电路(如附图1所示)，包括由第一跟随器1，第二跟随器2，反向器3，限幅电路4，电子切换开关5及电源作电路连接。

其中，

所述第一跟随器1由电阻器R1、电容器C1和第一运算放大器U1A构成；

所述第二跟随器2由电阻器R7、电容器C2和第二运算放大器U2B构成；

所述反向器3由电阻器R2、R3、R4和第一运算放大器U1B构成；

所述限幅电路4由电阻器R5、R6，二极管D1，D2和第二运算放大器U2A构成。

其中，

所述第一跟随器1的输入端为Ui，输出端为Ua；

所述第二跟随器2输入端为Ud，输出端为Uo；

所述反向器3输入端为Ua，输出端为Ub；

所述限幅电路4的输入端为Uc，输出端为Ud。

所述电子切换开关5的2端与Uc端连接，1端与Ub连接，3端与Ua连接。

其中，Ui为-2.0V到2.0V；

R1为10M到200MΩ；

R2＝R3，为2KΩ到100KΩ；

R4为1KΩ到50KΩ；

R5＝R6，为2KΩ到100KΩ；

R7为100Ω到10KΩ；

VCC从3.3V到15V，-VCC从-3.3V到-15V。

实施例(如附图2所示)，本电路中R1＝100MΩ，C1＝510pF；

U1和U2采用LMC6062运算放大器；

R2＝R3＝R5＝R6＝10KΩ，R4＝5.1KΩ,R7＝1KΩ,；

C2＝100nF，电子切换开关5采用MAX4053。

当Ui＝50mV时，电子切换开关5的2端与3端连接时，Uc＝Ua＝Ui＝50mV；

由R5＝R6＝10KΩ，Uc>25mV时，Ud＝25mV；

当电路中ADC读取到25mV时，把电子切换开关5切换到2端与1端连接，由R2＝R3＝10KΩ，Uc＝Ub＝-Ua＝-Ui＝-50mV,则Ud＝50-(R6/R5)*Uc＝100mV。

当Ui＝-50mV时，电子切换开关5的2端与3端连接时，Uc＝Ua＝Ui＝-50mV，R5＝R6＝10KΩ，Uc<25mV时，Ud＝50-(R6/R5)*Uc＝100mV。

从Ui输入-1.0V到1.0V,检测Uo。

其效果(如附图3、图4所示)。

综上所述，本发明是一种采集双向电压信号的测量电路，采用限幅电路结合反相器，将正负双向电压信号，在无衰减的情况下直接转换成电压正信号，便于单向输入ADC芯片的直接采集。本电路同样适合正负双向电压信号的采集，具有电路结构简单，测量精度高的特点，特别在电化学仪器产品领域有很大的应用前景。

Claims (4)

1.一种采集双向电压信号的测量电路，其特征在于，由第一跟随器(1)，第二跟随器(2)，反向器(3)，限幅电路(4)，电子切换开关(5)及电源作电路连接。

2.如权利要求1所述的一种采集双向电压信号的测量电路，其特征在于，所述第一跟随器(1)由电阻器R1、电容器C1和第一运算放大器U1A构成；

所述第二跟随器(2)由电阻器R7、电容器C2和第二运算放大器U2B构成；

所述反向器(3)由电阻器R2、R3、R4和第一运算放大器U1B构成；

所述限幅电路(4)由电阻器R5、R6，二极管D1，D2和第二运算放大器U2A构成。

3.如权利要求1所述的一种采集双向电压信号的测量电路，其特征在于，所述第一跟随器(1)的输入端为Ui，输出端为Ua；

所述第二跟随器(2)输入端为Ud，输出端为Uo；

所述反向器(3)输入端为Ua，输出端为Ub；

所述限幅电路(4)的输入端为Uc，输出端为Ud。

4.如权利要求1所述的一种采集双向电压信号的测量电路，其特征在于，所述电子切换开关(5)的1端与Ub端连接，2端与Uc端连接，3端与Ua端连接；

其中，当电子切换开关(5)的2端与3端接时，Uc＝Ua；

当电子切换开关(5)的2端与1端接时，Uc＝Ub＝-Ua。