CN207637033U - 一种基准电压输出电路以及交流信号采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基准电压输出电路以及交流信号采集电路，该基准电压输出电路包括电压可调稳压源电路和电压跟随电路，电压跟随电路包括分压模块和电压跟随器模块，电压可调稳压源电路供电连接分压模块，分压模块的分压端连接电压跟随器模块的输入端。本实用新型通过电压可调稳压源电路提供一个基准电压，进而经过电压跟随电路后可以输出一个稳定的基准电压，通过将该稳定基准电压与采样信号电路采集到的原始交流正弦信号进行叠加，可以将原始交流信号的零点提升到稳定基准电压，从而实现在不使用负基准源的情况下即可采集正弦波交流信号的目的，降低了采样设备成本，容易实现。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基准电压输出电路以及交流信号采集电路，属于信号处理技术领域。
背景技术
正常的正弦波交流信号是有正半轴和负半轴之分，如果AD采样电路想对此种正弦类信号进行采集，就需要一个有正负输出的基准源作为基准，然而这种基准源价格一般都很高，这样无疑增大了采样设备成本。
另外，对于常用的一些基准电压，市场上一般都有现成的芯片或者产生电路。例如，公告号为CN201804292U的中国专利文件公开了一种基准电压产生电路，该基准电压产生电路通过简单的几个MOS管搭建而成，结构简单，可以输出0.6～1.0V基准电压。但是，对于另外一些不常用的基准电压，是没有现成芯片的，即使有也价格不菲，不利于推广应用。
因此，如何提供一种AD采样电路，无需正负输出的基准源即可实现正弦类信号的采集，成为了交流信号采集电路研究的重点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基准电压输出电路以及交流信号采集电路，用于解决无需正负输出的基准源即可实现正弦类信号的采集问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基准电压输出电路，包括以下方案：
输出电路方案一：包括电压可调稳压源电路和电压跟随电路，所述电压跟随电路包括分压模块和电压跟随器模块，所述电压可调稳压源电路供电连接所述分压模块，所述分压模块的分压端连接所述电压跟随器模块的输入端。
输出电路方案二：在输出电路方案一的基础上，所述电压跟随器模块包括第一运算放大器和功率开关管，所述第一运算放大器的输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的输出端连接所述功率开关管。
输出电路方案三：在输出电路方案二的基础上，所述功率开关管为三极管，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述三极管的发射极，所述第一运算放大器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极和地之间连接有电阻。
输出电路方案四：在输出电路方案三的基础上，所述三极管的发射极和地之间还连接有滤波电路。
输出电路方案五：在输出电路方案一、二、三或四的基础上，所述电压可调稳压源电路包括型号为TL431的可调电压基准芯片及其对应的分压电路，所述可调电压基准芯片的参考电压端连接所述分压电路的分压端。
输出电路方案六：在输出电路方案一、二、三或四的基础上，所述分压模块为电阻分压模块。
输出电路方案七：在输出电路方案四的基础上，所述滤波电路包括一条电容支路或者至少两条电容支路。
本实用新型还提供了一种交流信号采集电路，包括以下方案：
采集电路方案一：包括采样信号电路和基准电压输出电路，所述采样信号电路包括用于采集正向交流信号的正向信号采集端和用于采集负向交流信号的负向信号采集端；所述基准电压输出电路的输出端连接所述采样信号电路的负向信号采集端，所述基准电压输出电路包括电压可调稳压源电路和电压跟随电路，所述电压跟随电路包括分压模块和电压跟随器模块，所述电压可调稳压源电路供电连接所述分压模块，所述分压模块的分压端连接所述电压跟随器模块的输入端。
采集电路方案二：在采集电路方案一的基础上，所述电压跟随器模块包括第一运算放大器和功率开关管，所述第一运算放大器的输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的输出端连接所述功率开关管。
采集电路方案三：在采集电路方案二的基础上，所述功率开关管为三极管，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述三极管的发射极，所述第一运算放大器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极和地之间连接有电阻。
采集电路方案四：在采集电路方案三的基础上，所述三极管的发射极和地之间还连接有滤波电路。
采集电路方案五：在采集电路方案一、二、三或四的基础上，所述电压可调稳压源电路包括型号为TL431的可调电压基准芯片及其对应的分压电路，所述可调电压基准芯片的参考电压端连接所述分压电路的分压端。
采集电路方案六：在采集电路方案一、二、三或四的基础上，所述分压模块为电阻分压模块。
采集电路方案七：在采集电路方案四的基础上，所述滤波电路包括一条电容支路或者至少两条电容支路。
采集电路方案八：在采集电路方案一、二、三或四的基础上，所述采样信号电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述采样信号电路的负向信号采集端，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述采样信号电路的正向信号采集端；所述第二运算放大器的反相输入端与输出端相连，所述第二运算放大器的输出端用于连接CPU处理器。
本实用新型的有益效果是：电压可调稳压源电路可以提供一个电压可调的基准电压，该基准电压经过由分压模块和电压跟随器模块构成的电压跟随电路后可以输出一个稳定的基准电压，通过将该稳定基准电压与采样信号电路的负向信号采集端采集的原始负向交流信号进行叠加，可以将原始交流信号的零点提升到稳定基准电压，以消除负向交流信号；这样处理器在处理接收到的采样信号时，可以将低于稳定基准电压的采样信号按照正弦波负半轴信号进行处理，而将高于稳定基准电压的采样信号按照正弦波正半轴信号进行处理，从而实现在不使用负基准源的情况下即可采集正弦波交流信号的目的，降低了采样设备成本，容易实现。
附图说明
图1是本实用新型的电压可调稳压源电路的电路图；
图2是本实用新型的电压跟随电路的电路图；
图3是本实用新型的采样信号电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型提供了一种交流信号采集电路，该交流信号采集包括采样信号电路和基准电压输出电路，采样信号电路包括用于采集正向交流信号的正向信号采集端和用于采集负向交流信号的负向信号采集端，基准电压输出电路的输出端连接采样信号电路的负向信号采集端。
其中，基准电压输出电路包括电压可调稳压源电路和电压跟随电路。如图1所示，该电压可调稳压源电路由一个型号为TL431的可调电压基准芯片以及对应的分压电路构成。该可调电压基准芯片TL431的阳极即引脚ANODE接地，阴极即引脚CATHODE连接由电阻R70和R68构成的分压电路，参考电压端即引脚REF连接电阻R70和R68的串联点即电阻R70和R68构成的分压电路的分压端。另外，引脚CATHODE还通过电阻R71连接+5V供电电源，通过电容C18和E7接地。引脚CATHODE作为整个电压可调稳压源电路的电压输出端VEF，用于给电压跟随电路提供一个基准电压。
对于上述的电压可调稳压源电路，设可调电压基准芯片TL431的内部基准电压为UREF，则电压输出端VEF的电压UVEF计算公式为：
通过改变电阻R70和R68之间的比值，可以实现对基准电压UVEF的调节，以满足应用需求。在本实施例中，可调电压基准芯片TL431的输出基准电压为3.3V。
如图2所示，电压跟随电路包括分压模块和电压跟随器模块，电压可调稳压源电路的基准电压输出端连接该分压模块。在本实施例中，分压模块为电阻分压模块。具体的，电阻R66和R67串联后分别连接电压可调稳压源电路电压输出端和地，电阻R66和R67的串联点作为电阻分压模块的分压端，用于连接电压跟随器模块的输入端。当然，作为其他的实施方式，分压模块也可以采用现有技术中其他的分压模块。
电压跟随器模块包括第一运算放大器和功率开关管，第一运算放大器的输入端连接分压模块的分压端，第一运算放大器的输出端连接该功率开关管。其中，在本实施例中，第一运算放大器的型号为TLC2264，该功率开关管为三极管Q1。在具体连接时，第一运算放大器的同相输入端连接分压模块的分压端，第一运算放大器的反相输入端通过电阻R17连接三极管Q1的发射极，第一运算放大器的输出端连接三极管Q1的基极。三极管Q1的发射极和地之间还设置有并联连接的电阻和滤波电路。该滤波电路包括多条并联连接的电容支路。在三极管Q1的发射极，构成了整个电压跟随电路的输出端。
在本实施例中，由于可调电压基准芯片TL431的输出基准电压为3.3V，精密电阻R66和R67的电阻值相等，分压得到1.65V电压，因此由(轨到轨)第一运算放大器和功率开关管构成的恒压输出电路增加了基准电压的驱动能力，可以输出一个1.65V的稳定基准电压，即前面基准电压一半的稳定电压输出。当然，根据应用需求，当可调电压基准芯片TL431的输出基准电压或者电阻R66和R67之间的比值发生改变时，稳定基准电压值也相应进行改变。另外，在满足应用需求的情况下，本实施例中的三极管也可以替换为其他的可控功率器件。
如图3所示，该采样信号电路包括一个第二运算放大器，该第二运算放大器的型号也为TLC2264。该第二运算放大器的同相输入端通过电阻R37连接采样信号电路的负向信号采集端，该负向信号采集端用于采样连接待采样电路的IN1端；第二运算放大器的反相输入端通过电阻R36连接采样信号电路的正向信号采集端，该正向信号采集端用于采样连接待采样电路的IN2端。电压跟随电路的输出端通过电阻R38连接第二运算放大器的同相输入端，用于将电压跟随电路的输出端输出的稳定基准电压与采集到的原始采集信号进行叠加。第二运算放大器的反相输入端还通过电阻R43连接其输出端，该输出端通过电阻R49用于连接CPU处理器的IN_IN端。
在实用新型中，通过将基准电压输出电路输出的稳定基准电压应用到交流正弦信号的采集上，这样就可以将原始交流正弦信号的零点提升到稳定基准电压，从而消除了负向交流信号，将交流正弦信号分为低于准确基准电压的采样区间和高于准确基准电压的采样区间，分别表示原始正弦波采样信号的负半轴和正半轴。在CPU处理器处理交流信号采集电路的采集量时，对低于准确基准电压的采样区间按正弦波负半轴信号进行处理，而对高于准确基准电压的采样区间按正弦波正半轴信号进行处理，从而达到不使用负电源AD即可采集正弦波交流信号的目的。并且，整个交流信号采集电路成本低，容易实现。
Claims (15)
1.一种基准电压输出电路，其特征在于，包括电压可调稳压源电路和电压跟随电路，所述电压跟随电路包括分压模块和电压跟随器模块，所述电压可调稳压源电路供电连接所述分压模块，所述分压模块的分压端连接所述电压跟随器模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的基准电压输出电路，其特征在于，所述电压跟随器模块包括第一运算放大器和功率开关管，所述第一运算放大器的输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的输出端连接所述功率开关管。
3.根据权利要求2所述的基准电压输出电路，其特征在于，所述功率开关管为三极管，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述三极管的发射极，所述第一运算放大器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极和地之间连接有电阻。
4.根据权利要求3所述的基准电压输出电路，其特征在于，所述三极管的发射极和地之间还连接有滤波电路。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基准电压输出电路，其特征在于，所述电压可调稳压源电路包括型号为TL431的可调电压基准芯片及其对应的分压电路，所述可调电压基准芯片的参考电压端连接所述分压电路的分压端。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的基准电压输出电路，其特征在于，所述分压模块为电阻分压模块。
7.根据权利要求4所述的基准电压输出电路，其特征在于，所述滤波电路包括一条电容支路或者至少两条电容支路。
8.一种交流信号采集电路，其特征在于，包括采样信号电路和基准电压输出电路，所述采样信号电路包括用于采集正向交流信号的正向信号采集端和用于采集负向交流信号的负向信号采集端；所述基准电压输出电路的输出端连接所述采样信号电路的负向信号采集端，所述基准电压输出电路包括电压可调稳压源电路和电压跟随电路，所述电压跟随电路包括分压模块和电压跟随器模块，所述电压可调稳压源电路供电连接所述分压模块，所述分压模块的分压端连接所述电压跟随器模块的输入端。
9.根据权利要求8所述的交流信号采集电路，其特征在于，所述电压跟随器模块包括第一运算放大器和功率开关管，所述第一运算放大器的输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的输出端连接所述功率开关管。
10.根据权利要求9所述的交流信号采集电路，其特征在于，所述功率开关管为三极管，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述分压模块的分压端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述三极管的发射极，所述第一运算放大器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极和地之间连接有电阻。
11.根据权利要求10所述的交流信号采集电路，其特征在于，所述三极管的发射极和地之间还连接有滤波电路。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的交流信号采集电路，其特征在于，所述电压可调稳压源电路包括型号为TL431的可调电压基准芯片及其对应的分压电路，所述可调电压基准芯片的参考电压端连接所述分压电路的分压端。
13.根据权利要求8-11中任一项所述的交流信号采集电路，其特征在于，所述分压模块为电阻分压模块。
14.根据权利要求11所述的交流信号采集电路，其特征在于，所述滤波电路包括一条电容支路或者至少两条电容支路。
15.根据权利要求8-11中任一项所述的交流信号采集电路，其特征在于，所述采样信号电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述采样信号电路的负向信号采集端，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述采样信号电路的正向信号采集端；所述第二运算放大器的反相输入端与输出端相连，所述第二运算放大器的输出端用于连接CPU处理器。
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