CN212301679U - 一种交流信号取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种交流信号取样装置，包括基准电压输出电路和交流信号取样电路，基准电压输出电路中，参考电压经过分压之后，输出给第一运放，第一运放和开关管构成恒压反馈电路，使得输出的基准电压恒定，以满足交流信号取样电路的需求，交流信号取样电路包括第二分压支路和第二运放，第二分压支路的两端分别接入基准电压和交流信号，第二分压支路的分压端连接第二运放的同相输入端，第二运放的反相输入端连接其输出端，第二运放的输出端输出交流信号，由于基准电压的接入，使得输入的交流信号被抬高，抬高基准电压对应的电位，能够使交流信号的对称波形的水平轴线由零电位变为基准电压对应的电位，能够降低后续交流信号处理的难度。

Description

一种交流信号取样装置

技术领域

本实用新型涉及一种交流信号取样装置。

背景技术

目前，交流信号的采样技术的应用非常广泛，比如应用在电测仪器仪表设备的嵌入式系统设计中。交流信号波形的特性为具有正、负半周，现有的交流信号取样装置仅仅是将原始的交流信号进行取样并输出，最多进行简单的滤波处理，后续设备在处理取样输出的交流信号时，处理的难度较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种交流信号取样装置，用于解决经过现有交流信号取样装置取样得到的交流信号在后续处理时处理难度较大的问题。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种交流信号取样装置，包括基准电压输出电路和交流信号取样电路；

所述基准电压输出电路包括第一分压支路、第一运放和开关管，所述第一分压支路的一端用于接入参考电压，所述第一分压支路的另一端用于接地，所述第一分压支路包括串联设置的两个阻值相同的分压电阻，所述第一分压支路的分压端连接所述第一运放的同相输入端，所述第一运放的输出端连接所述开关管的控制端，所述开关管的输入端用于接入直流电源，所述第一运放的反相输入端连接所述开关管的输出端，所述开关管的输出端为基准电压输出端，用于输出基准电压；

所述交流信号取样电路包括交流信号输入端、第二分压支路、第二运放和交流信号输出端，所述第二分压支路的一端连接所述交流信号输入端，所述第二分压支路的另一端连接所述基准电压输出端，所述第二分压支路的分压端连接所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的反相输入端连接所述第二运放的输出端，所述第二运放的输出端连接所述交流信号输出端。

优选地，所述基准电压输出电路还包括稳压支路，所述稳压支路为一并联支路，所述并联支路由并联设置的第一电阻和第一电容组成，所述开关管的输出端连接所述并联支路的一端，所述并联支路的另一端接地。

优选地，所述交流信号取样电路还包括第一RC滤波电路和第二RC滤波电路，所述第二分压支路的分压端通过所述第一RC滤波电路连接所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的输出端通过所述第二RC滤波电路连接所述交流信号输出端。

优选地，所述第一RC滤波电路包括第二电阻和第二电容，所述第二RC滤波电路包括第三电阻和第三电容，所述第二分压支路的分压端通过所述第二电阻连接所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的同相输入端通过所述第二电容接地，所述第二运放的输出端通过第三电阻连接所述交流信号输出端，所述交流信号输出端通过所述第三电容接地。

本实用新型的有益效果为：基准电压输出电路中，参考电压经过分压之后，输出给第一运放，第一运放和开关管构成恒压反馈电路，使得输出的基准电压恒定，不会产生波动，以满足交流信号取样电路的需求；由于基准电压的接入，使得输入的交流信号被抬高，抬高基准电压对应的电位，能够使交流信号的对称波形的水平轴线由零电位变为基准电压对应的电位，能够降低后续交流信号处理的难度。更优地，为了进一步降低后续交流信号处理的难度，还可以设置第二分压支路中的分压电阻的阻值，使得取样的交流信号的波形全部在零电位之上。

附图说明

图1是基准电压输出电路的电路图；

图2是交流信号取样电路的电路图。

具体实施方式

本实施例提供一种交流信号取样装置，包括基准电压输出电路和交流信号取样电路。

如图1所示，基准电压输出电路包括第一分压支路、第一运放（即图1中的运放U1B）和开关管Q1。第一分压支路包括串联设置的两个阻值相同的分压电阻R5和分压电阻R6，本实施例中，分压电阻R5和分压电阻R6的电气参数相同，为10KΩ/0.5%，而且，本实施例中，分压电阻R5和分压电阻R6均为高精度低温漂电阻。运放U1B的型号为TLP2264AID，开关管Q1的型号为9013。

第一分压支路的一端用于接入参考电压VREF，本实施例中，参考电压VREF为交流信号采样所用模数转换器（以下以ADC表示）的直流参考电压，具体的电压数值由实际需要进行设置。第一分压支路的另一端用于接地。第一分压支路的分压端，即分压电阻R5和分压电阻R6的连接点连接运放U1B的同相输入端，运放U1B的输出端连接开关管Q1的控制端，本实施例中，开关管Q1以三极管为例。开关管Q1的输入端（即集电极）用于接入直流电源VDD（本实施例中的直流电源VDD的电压由实际需要进行设置），运放U1B的反相输入端连接开关管Q1的输出端（即发射极），本实施例中，运放U1B的反相输入端通过电阻R7连接开关管Q1的输出端。开关管Q1的输出端为基准电压输出端，用于输出基准电压REF。运放U1B由直流电源VDD供电，运放U1B的正极供电端接入直流电源VDD，运放U1B的负极供电端接地。

因此，基准电压REF为交流信号取样电路的直流基准电压，并且，基准电压REF的电压值=0.5倍的参考电压VREF的电压值。

为了进一步降低基准电压REF的波动，如图1所示，基准电压输出电路还包括稳压支路，该稳压支路为一并联支路，该并联支路由并联设置的第一电阻（图1中的电阻R8）和第一电容（图1中的电容C3）组成，开关管Q1的输出端连接该并联支路的一端，该并联支路的另一端接地。本实施例中，电阻R8的电气参数是51R，电容C3的电气参数是104。

图1所示的基准电压输出电路的作用是为图2所示的交流信号取样电路提供稳定的基准电压REF，参考电压VREF通过分压电阻R5和分压电阻R6分压后，再通过由运放U1B和开关管Q1组成的恒压反馈电路，使输出的基准电压REF的电压值等于参考电压VREF的电压值的一半，为图2所示的交流信号取样电路提供恒定的且不随其负载变化而波动的基准电压REF。

如图2所示，交流信号取样电路包括交流信号输入端CIa_Vin、第二分压支路、第二运放（图2中的运放U1A）和交流信号输出端ADC_CIa。本实施例中，第二分压支路包括串联设置的电阻R1和电阻R2，进一步地，电阻R1的电气参数为68KΩ，电阻R2的电气参数为12KΩ。运放U1A的型号为TLP2264AID。交流信号输入端CIa_Vin用于输入待取样的交流信号，交流信号输出端ADC_CIa用于输出经过处理之后的交流信号。

第二分压支路的一端连接交流信号输入端CIa_Vin，第二分压支路的另一端连接基准电压输出端，用于输入基准电压REF。第二分压支路的分压端，即电阻R1和电阻R2的连接点连接运放U1A的同相输入端，运放U1A的反相输入端连接运放U1A的输出端，运放U1A的输出端连接交流信号输出端ADC_CIa。运放U1A由直流电源VDD供电，运放U1A的正极供电端接入直流电源VDD，运放U1A的负极供电端接地。

为了进一步提升交流信号的质量，交流信号取样电路还包括第一RC滤波电路和第二RC滤波电路，第二分压支路的分压端通过第一RC滤波电路连接运放U1A的同相输入端，运放U1A的输出端通过第二RC滤波电路连接交流信号输出端ADC_CIa。本实施例中，给出第一RC滤波电路和第二RC滤波电路的一种具体电路结构，当然，除了图2给出的具体电路结构之外，还可以采用现有其他的电路结构。如图2所示，第一RC滤波电路包括第二电阻（图2中的电阻R3）和第二电容（图2中的电容C1），第二RC滤波电路包括第三电阻（图2中的电阻R4）和第三电容（图2中的电容C2），第二分压支路的分压端通过电阻R3连接运放U1A的同相输入端，运放U1A的同相输入端通过电容C1接地，运放U1A的输出端通过电阻R4连接交流信号输出端ADC_CIa，交流信号输出端ADC_CIa通过电容C2接地。电阻R4的电气参数为33R，电阻R3的电气参数可以与电阻R4的电气参数相同，电容C1和电容C2的电气参数相同，均为103。本实施例中，交流信号输出端ADC_CIa输出的交流信号输出给的后续设备为上文中所述的模数转换器。

交流信号输入端CIa_Vin输入的交流信号通过电阻R1输入，基准电压REF通过电阻R2输入，在基准电压REF的作用下，交流信号被抬高与基准电压REF电压值对应的电位（该电位以REF电位进行表示），使交流信号的对称波形的水平轴线由零电位变为REF电位。本实施例中，电阻R1和电阻R2的阻值可以调节，即电阻R1和电阻R2可以为可变电阻，那么，通过调节电阻R1和电阻R2的阻值，就可以使取样的交流信号的波形全部在零电位之上，当然，电阻R1的阻值、电阻R2的阻值以及电阻R1和电阻R2阻值之间的关系由交流信号的峰值电压大小决定。经过调节电阻R1和电阻R2的阻值，可以使交流信号的峰峰值电压在0和参考电压VREF之间。并且，通过两个RC滤波电路的滤波作用以及由运放U1A构成的运放反馈电路的处理之后，由交流信号输出端ADC_CIa进行输出，给到模数转换器，模数转换器对输出的交流信号进行处理。

通过基准电压REF对交流信号的电压的抬高，能够降低后续处理的难度，进一步地，通过调节电阻R1和电阻R2的阻值，能够将交流信号的完整波形的电位全部大于零电位，由于抬高的基准电压REF为参考电压VREF电压的一半，进一步降低后续处理的难度。而且，现有的交流信号取样装置中，为取得完整的交流信号（正、负半周），交流信号取样装置中的运放需要由正负电源供电，正负电源的输出比较麻烦，需要生成正电压和负电压，既增加了电源电路设计的难度及复杂程度，又增加了硬件设计成本，最重要的是越复杂的设计，其出问题的概率就越高。本申请提供的交流信号取样装置中的运放只需正电源供电，另一端接地即可，简化电源电路，提高交流信号取样装置的稳定性和可靠性。

上述实施例仅以一种具体的实施方式说明本实用新型的技术方案，任何对本实用新型进行的等同替换及不脱离本实用新型精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型权利要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种交流信号取样装置，其特征在于，包括基准电压输出电路和交流信号取样电路；

所述基准电压输出电路包括第一分压支路、第一运放和开关管，所述第一分压支路的一端用于接入参考电压，所述第一分压支路的另一端用于接地，所述第一分压支路包括串联设置的两个阻值相同的分压电阻，所述第一分压支路的分压端连接所述第一运放的同相输入端，所述第一运放的输出端连接所述开关管的控制端，所述开关管的输入端用于接入直流电源，所述第一运放的反相输入端连接所述开关管的输出端，所述开关管的输出端为基准电压输出端，用于输出基准电压；

所述交流信号取样电路包括交流信号输入端、第二分压支路、第二运放和交流信号输出端，所述第二分压支路的一端连接所述交流信号输入端，所述第二分压支路的另一端连接所述基准电压输出端，所述第二分压支路的分压端连接所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的反相输入端连接所述第二运放的输出端，所述第二运放的输出端连接所述交流信号输出端。

2.根据权利要求1所述的交流信号取样装置，其特征在于，所述基准电压输出电路还包括稳压支路，所述稳压支路为一并联支路，所述并联支路由并联设置的第一电阻和第一电容组成，所述开关管的输出端连接所述并联支路的一端，所述并联支路的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的交流信号取样装置，其特征在于，所述交流信号取样电路还包括第一RC滤波电路和第二RC滤波电路，所述第二分压支路的分压端通过所述第一RC滤波电路连接所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的输出端通过所述第二RC滤波电路连接所述交流信号输出端。

4.根据权利要求3所述的交流信号取样装置，其特征在于，所述第一RC滤波电路包括第二电阻和第二电容，所述第二RC滤波电路包括第三电阻和第三电容，所述第二分压支路的分压端通过所述第二电阻连接所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的同相输入端通过所述第二电容接地，所述第二运放的输出端通过第三电阻连接所述交流信号输出端，所述交流信号输出端通过所述第三电容接地。

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