CN110677150B - 交流小信号转换直流信号的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流小信号转换直流信号的装置，包括待测信号Vint、第一模块、第二模块、第三模块、电源模块和输出单元；其中，待测信号的输出端口与第一模块输入端口连接，第二模块的输出端口与第三模块连接，电源模块分别与第一模块和第二模块以及第三模块其中的一个输入端口连接，第三模块的输出端口与输出单元连接。该装置实现精度高、受环境影响小、噪声水平低、增益转换大，能够有效控制静态电流、有效控制频率偏差以及满度纹波；同时，输出方波信号高低电平、上升沿以及下降沿时间均控制在有效范围内。
Description
技术领域
本发明涉及信号转换领域，具体地，涉及一种交流小信号转换直流信号的装置。
背景技术
近几年随着测量和控制系统大量应用，传感器交流输出与仪器仪表直流输入之间信号不匹配问题仍然突出，目前市场上的仪表仪器多以直流输入信号为主，而交流信号是传感器输出信号中较为多见的一种，为此需要设计一个高效率交直流信号变送模块。
目前，多数的交流小信号转换存在普遍的问题是精度低、易受外界环境的干扰、噪声水平大、增益转换小、频率偏差大、满路纹波高、静态电流大、输出的频率范围小、输出方波信号高低电平有效范围不可控、输出方波信号上升沿以及下降沿时间有效范围不可控。
因此，急需要设计一种交流小信号转换直流信号的装置来解决上述技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种交流小信号转换直流信号的装置，该装置实现精度高、受环境影响小、噪声水平低、增益转换大，能够有效控制静态电流、有效控制频率偏差以及满度纹波；同时，输出方波信号高低电平、上升沿以及下降沿时间均控制在有效范围内。
为了实现上述目的，本发明提供了一种交流小信号转换直流信号的装置，包括待测信号Vint、第一模块、第二模块、第三模块、电源模块和输出单元；其中，
待测信号的输出端口与第一模块输入端口连接，第二模块的输出端口与第三模块连接，电源模块分别与第一模块和第二模块以及第三模块其中的一个输入端口连接，第三模块的输出端口与输出单元连接。
优选地，第一模块由第一电阻、第一电容、第二电容和第一芯片组成；其中，
第一模块的第一芯片的输入端In-与第一模块的输出端Vout1连接构成一个反馈回路，在第一芯片供电电源的正负电源上分别串加第一电容和第二电容，第一电阻连接作为负载电阻。
优选地，第二模块由第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第二芯片组成；其中，
第一二极管与第一模块的输出端Vout1连接，第二二极管与第一二极管反向并联；
第三电容与第二二极管并联，与第一电阻构成RC滤波电路，并且，第三电容为可变电容，容值随频率变化；
第五电阻与第三电容并联，第二芯片的输入端In-与第六电阻连接，第二芯片输入端In+连接第五电阻，第五电阻与地端连接；
第七电阻与第三二极管串联后，一端与第二芯片的输入端In+连接，另外一端与第二芯片的输出端连接，并联在芯片第二芯片两端以构成负反馈回路；
第四电容与第二芯片并联，一端与第二芯片的输出端连接，另一端与第二芯片的输入端In+连接以构成反馈回路；
在第二芯片供电电源的正负电源上分别串加第五电容和第六电容，第四电阻与第七电阻串联，第四电阻与第二电阻串联，第二电阻的另一端接地；第三电阻与第二电阻并联，第三电阻的另一端接+15V的电压。
优选地，第三模块由第八电阻、第九电阻、第七电容、第八电容和第三芯片组成；其中，
第八电阻的一端接5V电压，另外一端与第二模块输出信号Vout2连接；
第九电阻一端与第二模块输出信号Vout2连接，另外一端与第三芯片连接；
在第三芯片供电电源的正负电源上分别串加第七电容和第八电容。
根据上述技术方案，本发明将待测信号的输出端口与第一模块输入端口连接，第二模块的输出端口与第三模块连接，电源模块分别与第一模块和第二模块以及第三模块其中的一个输入端口连接，第三模块的输出端口与输出单元连接。这样，待测信号Vint通过与第一芯片的正极In+连接，进入第一模块，再经过钳位、滤波得到的信号与第一芯片的反向输入端In-连接，第二芯片的正极In+接地。从第二模块输出的信号与第三模块中的第三芯片连接，从而输出直流信号Vout。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的一种交流小信号转换直流信号的装置的连接示意图。
附图标记说明
R1-第一电阻 R2-第二电阻
R3-第三电阻 R4-第四电阻
R5-第五电阻 R6-第六电阻
R7-第七电阻 R8-第八电阻
R9-第九电阻 C1-第一电容
C2-第二电容 C3-第三电容
C4-第四电容 C5-第五电容
C6-第六电容 C7-第七电容
C8-第八电容 U1-第一芯片
U2-第二芯片 U3-第三芯片
VD1-第一二极管 VD2-第二二极管
VD3-第三二极管
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参见图1，本发明提供一种交流小信号转换直流信号的装置，包括待测信号Vint、第一模块、第二模块、第三模块、电源模块和输出单元；其中，
待测信号的输出端口与第一模块输入端口连接，第二模块的输出端口与第三模块连接，电源模块分别与第一模块和第二模块以及第三模块其中的一个输入端口连接，第三模块的输出端口与输出单元连接。
在本实施方式中，第一模块由第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2和第一芯片U1组成；其中，
第一模块的第一芯片U1的输入端In-与第一模块的输出端Vout1连接构成一个反馈回路，有效地减少了噪声。在第一芯片U1供电电源的正负电源上分别串加第一电容C1和第二电容C2，为了稳定第一芯片U1的工作、减少模块之间通过公共直流电源产生的寄生耦合、防止产生干扰。第一电阻R1连接作为负载电阻。第一模块作为缓冲器，使得前、后级电路之间互不影响，起到承上启下的作用，提高输入阻抗，同时降低输出阻抗，同时具备隔离的作用。
第二模块由第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第二芯片U2组成；其中，
第一二极管VD1与第一模块的输出端Vout1连接，第二二极管VD2与第一二极管VD1反向并联，起到一个电压钳位的作用；
第三电容C3与第二二极管VD2并联，与第一电阻R1构成RC滤波电路，并且，第三电容C3为可变电容，容值随频率变化；一般的，当频率为3500Hz时，电容容量为3300p；当频率为0～100Hz时，可变电容C3容值变为0.1u。
第五电阻R5与第三电容C3并联，第二芯片U2的输入端In-与第六电阻R6连接，第二芯片U2输入端In+连接第五电阻R5，第五电阻R5与地端连接；
第七电阻R7与第三二极管VD3串联后，一端与第二芯片U2的输入端In+连接，另外一端与第二芯片U2的输出端连接，并联在芯片第二芯片U2两端以构成负反馈回路；这样更好的减少温度漂移，有效控制偏置电流的变化，从而提高整个模块的工作效率。
第四电容C4与第二芯片U2并联，一端与第二芯片U2的输出端连接，另一端与第二芯片U2的输入端In+连接以构成反馈回路；第四电容C4作为反馈回路的一部分起到稳定运放、减少噪声、增大带宽和运放超前补偿的作用。
在第二芯片U2供电电源的正负电源上分别串加第五电容C5和第六电容C6，稳定芯片U2的工作、减少模块之间通过公共直流电源产生的寄生耦合、防止产生干扰。第四电阻R4与第七电阻R7串联，第四电阻R4与第二电阻R2串联，第二电阻R2的另一端接地；第三电阻R3与第二电阻R2并联，第三电阻R3的另一端接+15V的电压。这样，第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4构成一个T型的网络，达到一个阻抗匹配的作用，可以很好地平衡电阻，减少漂移误差。
此外，第三模块由第八电阻R8、第九电阻R9、第七电容C7、第八电容C8和第三芯片U3组成；其中，
第八电阻R8的一端接5V电压，另外一端与第二模块输出信号Vout2连接，起到一个拉高电压的作用；
第九电阻R9一端与第二模块输出信号Vout2连接，另外一端与第三芯片U3连接，第九电阻R9起到一个隔离保护的作用，其中第三芯片U3是高性能反相器。
为了稳定芯片U3的工作、减少模块之间通过公共直流电源产生的寄生耦合、防止产生干扰，在第三芯片U3供电电源的正负电源上分别串加第七电容C7和第八电容C8。
通过上述技术方案，将待测信号的输出端口与第一模块输入端口连接，第二模块的输出端口与第三模块连接，电源模块分别与第一模块和第二模块以及第三模块其中的一个输入端口连接，第三模块的输出端口与输出单元连接。这样，待测信号Vint通过与第一芯片的正极In+连接，进入第一模块，再经过钳位、滤波得到的信号与第一芯片的反向输入端In-连接，第二芯片的正极In+接地。从第二模块输出的信号与第三模块中的第三芯片连接，从而输出直流信号Vout。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (1)
1.一种交流小信号转换直流信号的装置，其特征在于，包括待测信号Vint、第一模块、第二模块、第三模块、电源模块和输出单元；其中，
待测信号的输出端口与第一模块输入端口连接，第二模块的输出端口与第三模块连接，电源模块分别与第一模块和第二模块以及第三模块其中的一个输入端口连接，第三模块的输出端口与输出单元连接；
第一模块由第一电阻(R1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和第一芯片(U1)组成；其中，
第一模块的第一芯片(U1)的输入端In-与第一模块的输出端Vout1连接构成一个反馈回路，在第一芯片(U1)供电电源的正负电源上分别串加第一电容(C1)和第二电容(C2)，第一电阻(R1)连接作为负载电阻；
第二模块由第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第一二极管(VD1)、第二二极管(VD2)、第三二极管(VD3)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)和第二芯片(U2)组成；其中，
第一二极管(VD1)与第一模块的输出端Vout1连接，第二二极管(VD2)与第一二极管(VD1)反向并联；
第三电容(C3)与第二二极管(VD2)并联，与第一电阻(R1)构成RC滤波电路，并且，第三电容(C3)为可变电容，容值随频率变化；
第五电阻(R5)与第三电容(C3)并联，第二芯片(U2)的输入端In-与第六电阻(R6)连接，第二芯片(U2)输入端In+连接第五电阻(R5)，第五电阻(R5)与地端连接；
第七电阻(R7)与第三二极管(VD3)串联后，一端与第二芯片(U2)的输入端In+连接，另外一端与第二芯片(U2)的输出端连接，并联在芯片第二芯片(U2)两端以构成负反馈回路；
第四电容(C4)与第二芯片(U2)并联，一端与第二芯片(U2)的输出端连接，另一端与第二芯片(U2)的输入端In+连接以构成反馈回路；
在第二芯片(U2)供电电源的正负电源上分别串加第五电容(C5)和第六电容(C6)，第四电阻(R4)与第七电阻(R7)串联，第四电阻(R4)与第二电阻(R2)串联，第二电阻(R2)的另一端接地；第三电阻(R3)与第二电阻(R2)并联，第三电阻(R3)的另一端接+15V的电压；
第三模块由第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第七电容(C7)、第八电容(C8)和第三芯片(U3)组成；其中，
第八电阻(R8)的一端接5V电压，另外一端与第二模块输出信号Vout2连接；
第九电阻(R9)一端与第二模块输出信号Vout2连接，另外一端与第三芯片(U3)连接；
在第三芯片(U3)供电电源的正负电源上分别串加第七电容(C7)和第八电容(C8)。
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