CN210629456U - 模拟量输出电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟量输出电路，包括运算放大器，输入端子，输出端子和开关，运算放大器的同相输入端经由第一电阻与连接到输入端子，反相输入端经由第二电阻接地；运算放大器的输出端经由开关的公共端连接到输出端子，且输出端与开关的公共端之间连接有第三电阻；运算放大器的同相输入端经由第四电阻连接到开关的第一接触端；运算放大器的反相输入端经由第五电阻连接到开关的第二接触端，且第五电阻的后端还与运算放大器的输出端连接；开关的公共端与第一接触端连接时，电路的输出端输出模拟电流；开关的公共端与第二接触端连接时，电路的输出端输出模拟电压，以解决电路器件数量多，PCB面积大，以及运放存在失效的风险的问题。

Description

模拟量输出电路

技术领域

本实用新型涉及电子电力领域，尤其涉及一种模拟量输出电路。

背景技术

在工业控制设备中，模拟量通常用于指示系统内部某项指标或参数的变化，或者用于上位机检测以及显示等。模拟量通常有两种形式，即电流模拟量和电压模拟量。为了输出上述的模拟量，现有的模拟量输出电路通常同时设计一个电流源和一个电压源，并通过控制开关的切换来选择输出哪一种模拟量，具体电路图可如图1所示。

当输出模拟电压时，模拟电流输出单元2中的元器件是闲置的，这也造成了电路的浪费。当输出模拟电流时，模拟电压输出单元1只是做了电压幅值的变换，这同样也会造成电路的浪费。当通过开关S1切换到模拟电压输出单元1时，模拟电流输出单元2一直处于工作状态，且输出开路。正常情况下，模拟电流输出单元2是不允许开路的，因为这会导致电路中的元器件处于非正常的工作状态，从而容易导致元器件失效。

另外，无论选择输出模拟电压还是选择输出模拟电流，总会存在一个模拟量输出单元闲置。这就造成了电路器件数量的增多、印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)面积的增大。

发明内容

本实用新型实施例针对上述模拟量输出电路的电路元器件数量多，PCB面积大以及元器件容易失效的问题，提供一种模拟量输出电路。

本实用新型实施例解决上述技术问题采用的技术方案是：一种模拟量输出电路，包括运算放大器、输入端子、输出端子和切换单元，其中，所述运算放大器的同相输入端经由第一电阻连接到所述输入端子，所述运算放大器的反相输入端经由第二电阻接地，且所述运算放大器的输出端经由第三电阻连接到所述输出端子；所述切换单元包括第一端子、第二端子以及第三端子，所述第一端子连接到所述输出端子，所述运算放大器的同相输入端经由第四电阻连接到所述第二端子，所述运算放大器的反相输入端经由第五电阻分别连接到所述第三端子和所述运算放大器的输出端，且在所述切换单元的第一端子和第二端子连接时，所述输出端子输出模拟电流；在所述第一端子和第三端子连接时，所述输出端子输出模拟电压。

优选地，所述切换单元包括单刀双掷开关，且所述切换单元的第一端子由所述单刀双掷开关的动端构成，所述切换单元的第二端子和第三端子由所述单刀双掷开关的两个不动端构成。

优选地，所述切换单元包括第一固定针、第二固定针、第三固定针以及短接插头，且所述短接插头包括两个短接的插孔，所述切换单元的第一端子由所述第一固定针构成，所述第二端子由所述第二固定针构成，所述第三端子由所述第三固定针构成。

优选地，所述切换单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及控制芯片，且所述第一开关管和第二开关管串联连接后，分别连接所述第一端子和第二端子，所述第三开关管的两端分别连接所述第一端子和第三端子，且所述控制芯片包括分别连接到所述第一开关管、第二开关管和第三开关管的控制端的引脚，其中，所述第一开关管和第三开关管为N型金属氧化物半导体，所述第二开关管为P型金属氧化物半导体。

优选地，所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相等。

优选地，所述第四电阻的阻值与所述第五电阻的阻值相等。

本实用新型实施例的模拟量输出电路，通过将模拟电流的输出电路和模拟电压输出电路进行合并，实现了运算放大器的复用，避免了电流源开路，降低了运放存在失效的风险；另外，对比于现有电路，本实施节省了一个运算放大器、用于将电流放大的三极管以及外围阻容器件，而对于原有的电压或者电流输出的切换方式没有任何改变。这将降低器件的成本，减小PCB面积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的模拟量输出电路的电路图；

图2是本实用新型一实施例所提出的模拟量输出电路的电路图；

图3是切换单元的第一端子和第二端子连接时，模拟量输出电路的原理图；

图4是切换单元的第一端子和第三端子连接时，模拟量输出电路的原理图；

图5是本实用新型另一实施例所提出的模拟量输出电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提出一种模拟量输出电路，以解决上述提及的电路中的器件浪费而导致的电路器件数量多，PCB板面积大，以及器件失效的问题。如图2所示，该电路包括运算放大器U1、输入端子V_in、输出端子out和切换单元1，其中，运算放大器U1的同相输入端经由第一电阻R1连接到输入端子V_in，运算放大器U1的反相输入端经由第二电阻R2接地，且运算放大器U1的输出端经由第三电阻R3连接到输出端子out；切换单元1包括第一端子o、第二端子a以及第三端子b，第一端子o连接到输出端子out，运算放大器U1的同相输入端经由第四电阻R4连接到第二端子a，运算放大器U1的反相输入端经由第五电阻R5分别连接到第三端子b和运算放大器U1的输出端，且在切换单元1的第一端子o和第二端子a连接时，输出端子out输出模拟电流，具体电路原理图可如图3所示；在第一端子o和第三端子b连接时，输出端子out输出模拟电压，具体电路原理图可如图4所示。

本实用新型实施例的模拟量输出电路，通过将模拟电流的输出电路和模拟电压输出电路进行合并，在第一端子o和第二端子a连接时，运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5工作，并通过输出端子out输出模拟电流信号；在第一端子o和第三端子b连接时，运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2和第五电阻R5工作，并通过输出端子out输出模拟电压信号，实现了运算放大器的复用，避免了电流源开路，降低了运算放大器存在失效的风险；另外，对比于现有电路，本实施例节省了一个运算放大器、用于将电流放大的三极管以及外围阻容器件，而对于原有的电压或者电流输出的切换方式没有任何改变。这将降低器件的成本，减小PCB面积。

在本实用新型的一个实施例中，上述切换单元1可以包括单刀双掷开关，且切换单元1的第一端子o由单刀双掷开关的动端构成，切换单元1的第二端子a和第三端子b由单刀双掷开关的两个不动端构成。上述电路可以通过手动切换的形式来切换单刀双掷开关来实现第一端子o和第二端子a连接，从而输出模拟电流，以及实现第一端子o和第三端子b连接，从而输出模拟电压。

在本实用新型的另一个实施例中，上述切换单元1可以包括第一固定针、第二固定针、第三固定针以及短接插头，且短接插头包括两个短接的插孔，切换单元1的第一端子o由第一固定针构成，第二端子a由第二固定针构成，第三端子b由第三固定针构成。上述电路可以通过手动切换的形式来实现第一端子o和第二端子a连接，从而输出模拟电流，以及实现第一端子o和第三端子b连接，从而输出模拟电压。

如图5所示，在本实用新型的另一个实施例中，上述切换单元1可以包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关Q3以及控制芯片，以实现软件控制模拟量的输出。上述第一开关管Q1和第二开关管Q2串联连接后分别连接第一端子o和第二端子a，第三开关管Q3的两端分别连接第一端子o和第三端子b，且控制芯片包括两个分别连接到第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端的引脚。

控制芯片用于输出第一驱动信号给第一开关管Q1和第二开关管Q2，以使第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，第三开关管Q3关断；或者用于输出第二驱动信号，以使第一开关管Q1和第二开关管Q2关断，第三开关管Q3导通。在第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，第三开关管Q3断开时，该电路的输出端子out输出模拟电流；在第一开关管Q1和第二开关管Q2断开，第三开关管Q3导通时，该电路的输出端子out输出模拟电压。其中，第一开关管Q1和第三开关管Q3为N型金属氧化物半导体(即NMOS管，N-Metal-Oxide-Semiconductor)，第二开关管Q2为P型金属氧化物半导体(即PMOS管，P-Metal-Oxide-Semiconductor)，第二开关管Q2主要用于防止电流反向流动，从而保护电路。

在本实用新型的另一实施例中，第一电阻R1的阻值与第二电阻R2的阻值相等。

在本实用新型的另一实施例中，第四电阻R4的阻值与第五电阻R5的阻值相等。

在上述实施例中，结合图4所示，当切换单元1的第一端子o和第三端子b连接时，上述电路的输入电压和输出电压的关系为：

其中，r2为第二电阻R2的阻值，r4为第四电阻的阻值。

通过调节上述计算式(1)中的第二电阻R2的阻值r2和第四电阻R4的阻值r4，可以得到所需的输入电压与输出电压之间的关系。

如图3所示，当切换单元1的第一端子o和第二端子a连接时，电路的输入和输出关系为：

其中，r1为第一电阻R1的阻值，r4为第四电阻R4的阻值，r5为第五电阻R5的阻值，且r1＝r2，r4＝r5。

由于在上述电路作为模拟电压输出电路的时候，第四电阻R4的阻值r4与第二电阻R2的阻值r2之间的关系已经确定，因此调节第三电阻R3的阻值r3，可以得到所需的输入电压与输出电流之间的关系。

另外，本实施例所提出的模拟量输出电路能够适应原有的电路规格中的模拟电压输出和模拟电流输出范围，对模拟电压输出和模拟电流输出不造成影响。当然，为了提高上述模拟量输出电路的输出功率，可以选择放大倍数较大的运算放大器。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟量输出电路，其特征在于，包括运算放大器、输入端子、输出端子和切换单元，其中，所述运算放大器的同相输入端经由第一电阻连接到所述输入端子，所述运算放大器的反相输入端经由第二电阻接地，且所述运算放大器的输出端经由第三电阻连接到所述输出端子；所述切换单元包括第一端子、第二端子以及第三端子，所述第一端子连接到所述输出端子，所述运算放大器的同相输入端经由第四电阻连接到所述第二端子，所述运算放大器的反相输入端经由第五电阻分别连接到所述第三端子和所述运算放大器的输出端，且在所述切换单元的第一端子和第二端子连接时，所述输出端子输出模拟电流，在所述第一端子和第三端子连接时，所述输出端子输出模拟电压。

2.如权利要求1所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述切换单元包括单刀双掷开关，且所述切换单元的第一端子由所述单刀双掷开关的动端构成，所述切换单元的第二端子和第三端子由所述单刀双掷开关的两个不动端构成。

3.如权利要求1所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述切换单元包括第一固定针、第二固定针、第三固定针以及短接插头，且所述短接插头包括两个短接的插孔，所述切换单元的第一端子由所述第一固定针构成，所述第二端子由所述第二固定针构成，所述第三端子由所述第三固定针构成。

4.如权利要求1所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述切换单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管以及控制芯片，且所述第一开关管和第二开关管串联连接后，分别连接所述第一端子和第二端子，所述第三开关管的两端分别连接所述第一端子和第三端子，且所述控制芯片包括分别连接到所述第一开关管、第二开关管和第三开关管的控制端的引脚，其中，所述第一开关管和第三开关管为N型金属氧化物半导体，所述第二开关管为P型金属氧化物半导体。

5.如权利要求1所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相等。

6.如权利要求5所述的模拟量输出电路，其特征在于，所述第四电阻的阻值与所述第五电阻的阻值相等。

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