CN210270644U - 带过流保护的增益与零点可调的电压/电流转换电路、设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，它包括：包括有第一调节单元和第二调节单元；还包括有，与第一调节单元连接的信号输入单元；所述信号输入单元用于产生一输入电压，第一调节单元对该输入电压进行调节，并输出一与该输入电压具有增益的输出电压；所述第二调节单元与第一调节单元连接，用于对该输出电压进行调节，并输出一与所述输入电压相关联的输出电流。本实用新型能够将电压传输信号转换为电流传输信号，并能够对输出信号进行增益调节和零点调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路。
背景技术
在电路领域常常使用电压传输信号，但是在工业现场，有时候传输线距离很长，在传输信号时候，传输线也有分布电阻，如果用电压信号传输，则会在导线上产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差。因此需要将电压传输信号转换为电流传输信号。但是电流传输信号的产生设备不能进行增益和零点调节，因此本实用新型设计了一种带过流保护的可进行增益与零点调节的电压/电流转换电路。
实用新型内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本实用新型提出一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路及设备，主要解决了现有技术中采用电压信号传输后接收端的信号会出现误差，以及解决了采用部分集成芯片后不能对输出信号进行增益和零点调节的问题。
为了实现上述目的及其他目的，本实用新型采用的技术方案如下。
一种带过流保护的增益与零点可调节的电压与电流转换电路，包括有第一调节单元和第二调节单元；
还包括有，与第一调节单元连接的信号输入单元；所述信号输入单元用于产生一输入电压，第一调节单元对该输入电压进行调节，并输出一与该输入电压具有增益的输出电压；
所述第二调节单元与第一调节单元连接，用于对该输出电压进行调节，并输出一与所述输入电压相关联的输出电流。
可选地，所述第一调节单元包括有用于计算输出电压与输入电压增益的第一运算放大器；
还包括有，与第一运算放大器连接的用于调节输出电压与输入电压增益大小的以及调节输出电流量程范围上限值的第一调节电位器；
所述第一运算放大器还与信号输入单元和第二调节单元连接。
可选地，所述第二调节单元包括有用于关联输出电流与输入电压的第二运算放大器和用于进行零点调节的以及调节输出电流量程范围下限值的第二调节电位器；
所述第二运算放大器与所述第二调节电位器和第一调节单元连接。
可选地，还包括有一与第二调节单元连接的用于保护转换电路的过流保护电路。
可选地，还包括有用于改变转换电路电流输出量的扩流电路；
所述扩流电路分别与所述第二调节单元和过流保护电路连接。
可选地，所述扩流电路包括采用N沟道的MOSFET管的扩流电路。
一种带过流保护的增益与零点可调节的电压与电流转换设备，其特征在于，包括有上述任意一种带过流保护的增益与零点可调节的电压与电流转换电路。
可选地，所述转换设备能输出电流量程范围值为4～20mA的输出电流。
可选地，所述转换设备包括集成芯片。
如上所述，本实用新型一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路及设备，具有以下有益效果：
能够将电压传输信号转换为电流传输信号，避免了在工业现场中采用电压传输信号时，接收端会产生误差的问题；以及能够对转换电路进行增益调节和零点调节，避免了采用部分集成芯片后不能对转换电路进行中增益调节和零点调节的问题。
附图说明
图1为带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路的原理框图；
图2为带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路的电路连接图；
图3为第一调节单元的电路连接图；
图4为第二调节单元的电路连接图；
图5为过流保护电路及扩流电路的电路连接图；
标号说明：
R1～R18为电阻；
RA1：第一调节电位器；
RA2：第二调节电位器；
R′1：电阻R1与第一调节电位器RA1形成的电阻；
Rf1：电阻R3与第一调节电位器RA1形成的电阻；
R′2：电阻R12与第二调节电位器RA2形成的电阻；
Rf2：电阻R17与第二调节电位器RA2形成的电阻；
C1～C8为电容；
Vi为输入电压；
VO为输出电压；
Q1：N沟道型MOSFET管；
Q2：NPN型三极管；
AGND：模拟地；
VCC：电源；
VCC_GND：地端电压。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1，请参阅图1至图5，本实用新型提供一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，包括有第一调节单元和第二调节单元；
还包括有，与第一调节单元连接的信号输入单元；信号输入单元用于产生一输入电压Vi，第一调节单元对该输入电压进行调节，并输出一与该输入电压Vi具有增益的输出电压VO；本实施例中，第一调节单元为增益调节单元；如图1所示，输入电压Vi的电压大小是基于AGND的输入电压信号。
第一调节单元包括有用于计算输出电压VO与输入电压Vi增益的第一运算放大器U1B；
还包括有，与第一运算放大器U1B连接的用于调节输出电压VO与输入电压Vi增益大小的第一调节电位器RA1；
第一运算放大器RA1还与信号输入单元和第二调节单元连接。
在本实施例中，第一级运算放大器RA1作为同相比例运算放大器，输出电压 VO与输入电压Vi的增益如下：
如图2和图3所示，本实施例中，通过第一调节电位器RA1改变Rf1和R′1的比例关系从而调节输出电压VO与输入电压Vi的增益。
第二调节单元与第一调节单元连接，用于对该输出电压VO进行调节，并输出一与输入电压Vi相关联的输出电流Io。在本实施例中，第二调节单元为零点调节单元。
第二调节单元包括有用于关联输出电流Io与输入电压Vi的第二运算放大器 U1A和用于进行零点调节的第二调节电位器RA2；
第二运算放大器与第二调节电位器RA2和第一调节单元连接。
如图2和图4所示，本实施例中由第二运算放大器构成的电路为电流串联负反馈电路；其中，电阻值R18>>R15，因此流过R18的电流可以忽略不计。输出电流Io与输出电压VO的计算关系如下：
结合公式(1)和公式(2)可知，当第二运算放大器U1A达到负反馈之后，第二运算放大器U1A的同相输入端和反向输入端的电压相等；所以第二运算放大器U1A的引脚3电压为AGND，那么此时R18和R15两端压差相等，而电阻值 R18>>R15，因此流过R18的电流可以忽略不计，整个电路的输出电流为流过R15电阻的电流。
第二运算放大器U1A的引脚3的输入电压有VO(即第一运算放大器U1B的输出电压)，以及第二调节电位器RA2和电源VCC的分压。
根据叠加定理可知：
1.当只考虑输出电压VO时，电阻R18两端电压计算公式如下：
那么流过电阻R15的电流大小为：
2.只考虑第二调节电位器RA2和电源VCC的分压时，电阻R18两端电压计算公式如下(叠加定理计算出电压后需要考虑源内阻)：
那么流过电阻R15的电流大小为：
流过电阻R15的最终电流为：
得到输出电流Io和输入电压Vi的关系如公式(7)所示。
在本实施例中，通过第二调节电位器RA2进行调零，当Vi输入为零时，输出零点由第二调节电位器RA2进行调节。
如图2和图5所示，还包括有一个与第二调节单元连接的用于保护转换电路的过流保护电路和用于改变转换电路电流输出量的扩流电路；扩流电路分别与第二调节单元和过流保护电路连接。在本实施例中，扩流电路包括采用N沟道的 MOSFET管的扩流电路。
在本实施例中，过流保护电路由一个NPN三级管和一个电阻R10组成；当用于扩流电路的N沟道的MOSFET管流过的电流过大，在电阻R10上的压降就会增大，如果电压达到NPN三极管Ube(NPN三极管的基极与发射极的电压差)的开启电压，NPN三极管就会导通，MOSFET管的GS电压就会小于阈值电压，从而关断了MOSFET管保护了电路。同时，保护电流ILIM可以通过调节电阻R10的大小进行设置，即ILIM＝Ube/R10。
在本实施例中，电路调节方式是：首先让输入电压Vi输入为零，调节第二调节单元中的第二调节电位器RA2，使输出电流Io达到量程范围的下限值，即零点调节。然后让输入电压Vi输入最大值，调节第一调节单元中的第一调节点位器RA1，使输出电流Io达到量程范围的上限值，即量程或增益调节。且输出电流Io的下限值大于整体转换电路的静态电流，输出电流Io的上限值小于整体转换电路的保护电流值。本实施例为优选实施例。
在另一实施例中，电路调节方式是：首先让输入电压Vi输入最大值，调节第一调节单元中的第一调节点位器RA1，使输出电流Io达到量程范围的上限值，即量程或增益调节。然后让输入电压Vi输入为零，调节第二调节单元中的第二调节电位器RA2，使输出电流Io达到量程范围的下限值，即零点调节。且输出电流Io的下限值大于整体转换电路的静态电流，输出电流Io的上限值小于整体转换电路的保护电流值。
综上所述，本实用新型提供一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，不仅能够将电压传输信号转换为电流传输信号，避免了在工业现场中采用电压传输信号时，接收端会产生误差的问题；还能够对转换电路进行增益调节和零点调节，避免了采用部分集成芯片(如TI公司的XTR111)后不能对转换电路进行中增益调节和零点调节的问题；同时设计了过流保护电路，限制输出电流的大小，从而保护转换电路；还设计有扩流电路，能够增强转换电路输出电流的能力。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
实施例2，一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换设备，此转换设备包括有实施例1中描述的电路。此种转换设备还能够输出电流量程范围值为4～20mA的输出电流Io，并且转换设备可以为集成芯片。
综上所述，本实用新型还提供一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/ 电流转换设备，本实施例中的转换设备不仅可以将电压输出信号转变为电流输出信号，还能够对输出信号进行增益调节和零点调节，同时设计了过流保护电路来限制输出电流的大小，从而保护转换电路；同时设计扩流电路，增强转换设备输出电流的能力。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，其特征在于，包括有第一调节单元和第二调节单元；
还包括有，与第一调节单元连接的信号输入单元；所述信号输入单元用于产生一输入电压，第一调节单元对该输入电压进行调节，并输出一与该输入电压具有增益的输出电压；
所述第二调节单元与第一调节单元连接，用于对该输出电压进行调节，并输出一与所述输入电压相关联的输出电流。
2.如权利要求1所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，其特征在于，所述第一调节单元包括有用于计算输出电压与输入电压增益的第一运算放大器；
还包括有，与第一运算放大器连接的用于调节输出电压与输入电压增益大小的以及调节输出电流量程范围上限值的第一调节电位器；
所述第一运算放大器还与信号输入单元和第二调节单元连接。
3.如权利要求1所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，其特征在于，所述第二调节单元包括有用于关联输出电流与输入电压的第二运算放大器和用于进行零点调节的以及调节输出电流量程范围下限值的第二调节电位器；
所述第二运算放大器与所述第二调节电位器和第一调节单元连接。
4.如权利要求1所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，其特征在于，还包括有一与第二调节单元连接的用于保护转换电路的过流保护电路。
5.如权利要求4所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，其特征在于，还包括有用于改变转换电路电流输出量的扩流电路；
所述扩流电路分别与所述第二调节单元和过流保护电路连接。
6.如权利要求5所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换电路，其特征在于，所述扩流电路包括采用N沟道的MOSFET管的扩流电路。
7.一种带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换设备，其特征在于，包括有权利要求1至6中任一权利要求所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压与电流转换电路。
8.如权利要求7所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换设备，其特征在于，所述转换设备能输出电流量程范围值为4～20mA的输出电流。
9.如权利要求7所述的带过流保护的增益与零点可调节的电压/电流转换设备，其特征在于，所述转换设备包括集成芯片。
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| CN110221642A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-09-10 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 电压/电流转换电路及其输出电流范围的调节方法 |
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