CN210075171U - 一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，包括三极管放大器Q1和反馈网络电路；所述反馈网络电路包括型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，所述运算放大器U3的IN+引脚通过电阻R12接入输入信号，其GND引脚接地，其OUT引脚通过电阻R2连接于三级管放大器Q1的基极上，其VDD引脚通过电阻R7和三级管放大器Q1的集电极连接，三级管放大器Q1的发射极对放大后的信号进行输出，同时三级管放大器Q1的发射极还和运算放大器的U3的IN‑引脚连接，形成第一反馈支路，通过设置型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，方便了工作人员对反馈方式的修改，降低了硬件工程师的工作量，有利于提高行业整体的工作效率。

Description

一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路

技术领域

本实用新型涉及信号放大反馈电路，具体涉及一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路。

背景技术

随着我国的工业快速发展，在工业中针对模拟信号的采集电路也变得越来越常规，模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等等，我们通常又把模拟信号称为连续信号，它在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值。模拟信号传输过程中，先把信息信号转换成几乎“一模一样”的波动电信号，再通过有线或无线的方式传输出去，电信号被接收下来后，通过接收设备还原成信息信号例如中国专利公告号为CN105301995A在2016年2月3日所公开的模拟信号采集电路。

由于模拟信号在采集过程中，当模拟信号的变化量较小时，采集到的信号就必须要经过放大才能被相关设备识别，现有的信号放大电路大多采用三级管，同时为了提高线路的稳定性，降低采集到的信号的失真率，通常都会对放大电路加上反馈电路，但是现有的反馈电路大多数反馈方式单一，且其反馈公式不可改变，针对不同的模拟信号反馈的公式以及其硬件布置都不一样，所以这就给硬件工程师带来了庞大的工作量。

实用新型内容

本实用新型目的在于解决现有的反馈电路大多数反馈方式单一，且其反馈公式不可改变的问题，提供了一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，通过设置型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，方便了工作人员对反馈方式的修改，降低了硬件工程师的工作量，有利于提高行业整体的工作效率。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，包括三极管放大器Q1和反馈网络电路；所述反馈网络电路包括型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，所述运算放大器U3的IN+引脚通过电阻R12接入输入信号，其GND引脚接地，其OUT引脚通过电阻R2连接于三级管放大器Q1的基极上，其VDD引脚通过电阻R7和三级管放大器Q1的集电极连接，三级管放大器Q1的发射极对放大后的信号进行输出，同时三级管放大器Q1的发射极还和运算放大器的U3的IN-引脚连接，形成第一反馈支路，所述第一反馈支路上在三级管放大器Q1的发射极和运算放大器U3的IN-引脚之间还顺次设有电阻R6、电容C4和电阻R10。现有的反馈电路大多数反馈方式单一，且其反馈公式不可改变，针对不同的模拟信号反馈的公式以及其硬件布置都不一样，所以这就给硬件工程师带来了庞大的工作量，针对上述缺陷，发明人设计了本电路，本电路的核心在于运算放大器u3，本电路中运算放大器U3的型号为TLV27L1CD，相较于现有的电路设计，通过对运算放大器U3的内置公式进行编辑，使得本电路不但可以实现微分反馈，同时还能实现积分反馈。本电路中三级管放大器Q1的发射极还和运算放大器的U3的IN-引脚连接，形成第一反馈支路，输出信号部分经过第一反馈支路返回至运算放大器U3内，假设输入信号为X1，反馈信号为X2，放大电路的净输入为X3，这样就有X3＝X1+X2，其中X1和X3均带有符号；第一反馈支路中的电容C4除了具有“隔直通交”的作用外，还能对反馈信号进行整流，更加有利于保证电路的稳定性，通过设置型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，方便了工作人员对反馈方式的修改，降低了硬件工程师的工作量，有利于提高行业整体的工作效率。

进一步的，所述运算放大器U3的OUT引脚和电阻R2之间还设有场效应管Q2，所述场效应管Q2的源极接地，漏极和电阻R2相连，栅极连接于运算放大器U3的OUT引脚上。通过设置场效应管Q2，根据净输出信号X3的大小控制是否进行反馈，通过对场效应管Q2设置合适的阈值，当净输入信号不在设定阈值内时，场效应管Q2的源极和漏极导通，将放大器的基极接地，为电路提供过载保护。

进一步的，还包括电阻R1，所述电阻R1的一端与三极管Q1的发射极连接，其另一端连接于运算放大器U3的OUT引脚和场效应管Q2的栅极之间的线路上，构成第二反馈支路。为了提高放大电路的通频带展宽，进一步提供放大器增益的稳定性，发明人又设计了第二反馈支路，第二反馈支路和第一反馈支路的区别在于，第二反馈支路不经过运算放大器U3，其通过场效应管Q2直接和三级管放大器Q1的基极相连，通过场效应管Q2对反馈回路进行控制；通过设置两条反馈回路，有效的提高了放大电路的通频带展宽。

进一步的，还包括型号为LM285-25的稳压芯片U1、电阻R3、电阻R4、滑动变阻器R20、电阻R19和电阻R15；所述电阻R3和电阻R4串联后其一端连接在接在稳压芯片U1的Cathode引脚上，其另一端连接在三极管放大器Q1和电阻R7之间的连接线路上，所述滑动变阻器R20、电阻R19和电阻R15串联后，其一端连接在稳压芯片U1的Cathode引脚上，其另一端连接在运算放大器U3的IN+引脚和电阻R12之间的连接线路上。为了保证信号的稳定性，发明人又设置了稳压芯片U1，通过稳压芯片对反馈网络提供参考电压值，当反馈网络电路中电压高于稳压芯片提供的参考电压时，稳压芯片将其降低，防止反馈网络的电压过载，当反馈网络中的电压低于稳压芯片提供的参考电压时，稳压芯片将其升高，防止反馈网络中的电压过低导致运算放大器U3被烧坏。

进一步的，还包括型号为LVC04A的反相器U2、电阻R8、电阻R11、电阻R13、电阻R16、电阻R17、滑动变阻器R18和二极管D4；所述电阻R8和二极管D4并联后其一端连接在滑动变阻器R20和稳压芯片U1的Cathode引脚之间的线路上，其另一端和反相器U2的1A引脚连接，所述反相器的2A引脚、3A引脚和4A引脚均连接于电阻R8和二极管D4组成的并联电路和反相器U2的1A引脚之间，所述电阻R11、电阻R13、滑动变阻器R18、电阻R17及电阻R16顺次串联后其一端连接在电阻R15和运算放大器U3的IN+引脚之间的线路上，其另一端连接于反相器U2的3Y引脚上，所述反相器的1Y引脚、2Y引脚和4Y引脚均连接于电阻R11和反相器U2的3Y引脚之间，所述反相器U2的6A引脚和5Y引脚之间还接有电阻R9，稳压芯片U1的Cathode引脚上。因为模拟信号传输过程中，是以波动电信号来传播的，由于在采集过程中受到环境和以及电路自身电器元件的影响，导致采集到的信号波形不理想，所以发明人在这里设置了反相器，因为1A、2A、3A和4A都连接于电阻R8和二极管D4组成的并联电路的同侧，而1Y、2Y、3Y和4Y又都连接于电阻R11、电阻R13、滑动变阻器R18、电阻R17及电阻R16组成的串联的同侧，所以算一次反向，然后6A和5Y，再进行第二次反向，返回原相位，通过两次反向，对波形进行整形，使其成为标准电平信号输出。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、通过设置型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，方便了工作人员对反馈方式的修改，降低了硬件工程师的工作量，有利于提高行业整体的工作效率。

2、通过稳压芯片对反馈网络提供参考电压值，当反馈网络电路中电压高于稳压芯片提供的参考电压时，稳压芯片将其降低，防止反馈网络的电压过载，当反馈网络中的电压低于稳压芯片提供的参考电压时，稳压芯片将其升高，防止反馈网络中的电压过低导致运算放大器U3被烧坏。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，包括三极管放大器Q1和反馈网络电路；所述反馈网络电路包括型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，所述运算放大器U3的IN+引脚通过电阻R12接入输入信号，其GND引脚接地，其OUT引脚通过电阻R2连接于三级管放大器Q1的基极上，其VDD引脚通过电阻R7和三级管放大器Q1的集电极连接，三级管放大器Q1的发射极对放大后的信号进行输出，同时三级管放大器Q1的发射极还和运算放大器的U3的IN-引脚连接，形成第一反馈支路，所述第一反馈支路上在三级管放大器Q1的发射极和运算放大器U3的IN-引脚之间还顺次设有电阻R6、电容C4和电阻R10。本实施例的输入信号通过电阻R14接地，本实施例还包括二极管D1，二极管D1正极接地，负极连接三级管放大器Q1的集电极与电阻R7之间的线路上。所述运算放大器U3的OUT引脚和电阻R2之间还设有场效应管Q2，所述场效应管Q2的源极通过电阻R5接地，漏极通过电阻R2与三级管放大器Q1的基极相连，栅极连接于运算放大器U3的OUT引脚上。本实施例中，为了提高放大电路的通频带展宽，进一步提供放大器增益的稳定性，还包括电阻R1，所述电阻R1的一端与三极管Q1的发射极连接，其另一端连接于运算放大器U3的OUT引脚和场效应管Q2的栅极之间的线路上，构成第二反馈支路。

实施例2

本实施例相较于实施例1的区别在于，为了保证信号的稳定性，还包括型号为LM285-25的稳压芯片U1、电阻R3、电阻R4、滑动变阻器R20、电阻R19和电阻R15；所述电阻R3和电阻R4串联后其一端连接在接在稳压芯片U1的Cathode引脚上，其另一端连接在三极管放大器Q1和电阻R7之间的连接线路上，稳压芯片U1的Anode引脚接地。本实施例还包括电容C1和电容C2，电容C1一端连接电阻R3与稳压芯片U1的Cathode引脚之间的线路上，另一端接地；电容C2一端连接电阻R3和电阻R4串联之间的线路上，另一端接地。

所述滑动变阻器R20、电阻R19和电阻R15串联后，其一端连接在稳压芯片U1的Cathode引脚上，其另一端连接在运算放大器U3的IN+引脚和电阻R12之间的连接线路上。本实施例还包括型号为LVC04A的反相器U2、电阻R8、电阻R11、电阻R13、电阻R16、电阻R17、滑动变阻器R18和二极管D4；所述电阻R8和二极管D4并联后其一端连接在滑动变阻器R20和稳压芯片U1的Cathode引脚之间的线路上，其另一端和反相器U2的1A引脚连接，所述反相器的2A引脚、3A引脚和4A引脚均连接于电阻R8和二极管D4组成的并联电路和反相器U2的1A引脚之间，所述电阻R11、电阻R13、滑动变阻器R18、电阻R17及电阻R16顺次串联后其一端连接在电阻R15和运算放大器U3的IN+引脚之间的线路上，其另一端连接于反相器U2的3Y引脚上，所述反相器的1Y引脚、2Y引脚和4Y引脚均连接于电阻R11和反相器U2的3Y引脚之间，所述反相器U2的6A引脚和5Y引脚之间还接有电阻R9。本实施例还包括电容C6、电容C7、电容C3、电容C5，反相器的2A引脚与电容C6一端连接，电容C6另一端接地；电容C7一端连接电阻R11和电阻R13之间的线路上，另一端接地；电容C3一端连接电阻R9与电容C6之间的线路上，另一端连接反相器的4A引脚；电容C5一端连接电阻R13和电阻R18之间的线路上，另一端接地。

因为1A、2A、3A和4A都连接于电阻R8和二极管D4组成的并联电路的同侧，而1Y、2Y、3Y和4Y又都连接于电阻R11、电阻R13、滑动变阻器R18、电阻R17及电阻R16组成的串联的同侧，所以算一次反向，然后6A和5Y，再进行第二次反向，返回原相位，通过两次反向，对波形进行整形，使其成为标准电平信号输出。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，其特征在于，包括三极管放大器Q1和反馈网络电路；所述反馈网络电路包括型号为TLV27L1CD的运算放大器U3，所述运算放大器U3的IN+引脚通过电阻R12接入输入信号，其GND引脚接地，其OUT引脚通过电阻R2连接于三级管放大器Q1的基极上，其VDD引脚通过电阻R7和三级管放大器Q1的集电极连接，三级管放大器Q1的发射极对放大后的信号进行输出，同时三级管放大器Q1的发射极还和运算放大器的U3的IN-引脚连接，形成第一反馈支路，所述第一反馈支路上在三级管放大器Q1的发射极和运算放大器U3的IN-引脚之间还顺次设有电阻R6、电容C4和电阻R10。

2.根据权利要求1所述的一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，其特征在于，所述运算放大器U3的OUT引脚和电阻R2之间还设有场效应管Q2，所述场效应管Q2的源极接地，漏极和电阻R2相连，栅极连接于运算放大器U3的OUT引脚上。

3.根据权利要求2所述的一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，其特征在于，还包括电阻R1，所述电阻R1的一端与三极管Q1的发射极连接，其另一端连接于运算放大器U3的OUT引脚和场效应管Q2的栅极之间的线路上，构成第二反馈支路。

4.根据权利要求1所述的一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，其特征在于，还包括型号为LM285-25的稳压芯片U1、电阻R3、电阻R4、滑动变阻器R20、电阻R19和电阻R15；所述电阻R3和电阻R4串联后其一端连接在接在稳压芯片U1的Cathode引脚上，其另一端连接在三极管放大器Q1和电阻R7之间的连接线路上，所述滑动变阻器R20、电阻R19和电阻R15串联后，其一端连接在稳压芯片U1的Cathode引脚上，其另一端连接在运算放大器U3的IN+引脚和电阻R12之间的连接线路上。

5.根据权利要求4所述的一种用于工业信号采集的模拟信号放大反馈电路，其特征在于，还包括型号为LVC04A的反相器U2、电阻R8、电阻R11、电阻R13、电阻R16、电阻R17、滑动变阻器R18和二极管D4；所述电阻R8和二极管D4并联后其一端连接在滑动变阻器R20和稳压芯片U1的Cathode引脚之间的线路上，其另一端和反相器U2的1A引脚连接，所述反相器的2A引脚、3A引脚和4A引脚均连接于电阻R8和二极管D4组成的并联电路和反相器U2的1A引脚之间，所述电阻R11、电阻R13、滑动变阻器R18、电阻R17及电阻R16顺次串联后其一端连接在电阻R15和运算放大器U3的IN+引脚之间的线路上，其另一端连接于反相器U2的3Y引脚上，所述反相器的1Y引脚、2Y引脚和4Y引脚均连接于电阻R11和反相器U2的3Y引脚之间，所述反相器U2的6A引脚和5Y引脚之间还接有电阻R9，其VCC引脚连接于稳压芯片U1的Cathode引脚上。

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