CN216870638U - 具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路和阻抗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于阻抗技术领域，尤其涉及一种具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路和阻抗装置，其中，具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路包括第一阻性负载电路、第二阻性负载电路、容性负载电路和电压跟随器，直流电源输入时，容性负载电路的阻抗无穷大，阻抗电路的阻抗为第一预设阻值和第二预设阻值的总和，阻抗小，交流电源输入时，阻抗电路的阻抗为第一阻性负载电路与第二阻性负载电路的阻抗乘积除以容性负载电路的阻抗的商值，阻抗大，从而实现直流低阻抗和交流高阻抗的目的，简化了阻抗电路的结构和成本。

Description

具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路和阻抗装置

技术领域

本实用新型属于阻抗技术领域，尤其涉及一种具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路和阻抗装置。

背景技术

各类设备在生产前或者使用中需要进行相应的检测，相应的检测仪器需要提供对应大小的阻抗，以模拟测试设备带载能力。

其中，不同设备需要提供不同类型和大小的阻抗，例如电容分压式传感器，需要提供直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗电路。

常规的直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗电路，通常设置两套不同阻抗结构，分别提供对应类型和大小的阻抗，结构复杂，成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，旨在解决传统的直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗电路存在的结构复杂、成本高的问题。

本实用新型实施例的第一方面提出了一种具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，包括：

具有第一预设阻值的第一阻性负载电路，所述第一阻性负载电路的第一端构成所述具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路的输入端，并输入交直流电源；

具有第二预设阻值的第二阻性负载电路，所述第二阻性负载电路的第一端与所述第一阻性负载电路的第一端连接，所述第二阻性元件的第二端接地；

具有预设容值的容性负载电路，所述容性负载电路的第一端、所述第一阻性负载电路的第二端和所述第二阻性负载电路的第一端共接；以及

放大倍数为1的电压跟随器，所述电压跟随器的输入端与所述第一阻性负载电路的第一端连接，所述电压跟随器的第二端与所述容性负载电路的第二端连接。

在一个实施例中，所述第一阻性负载电路包括第一电阻；

所述第一电阻的第一端和第二端分别为所述第一阻性负载电路的第一端和第二端。

在一个实施例中，所述第二阻性负载电路包括第二电阻；

所述第二电阻的第一端和第二端分别为所述第二阻性负载电路的第一端和第二端。

在一个实施例中，所述第一电阻的阻值范围和所述第二电阻的阻值范围均为250KΩ～350KΩ。

在一个实施例中，所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值相等。

在一个实施例中，所述容性负载电路包括电容；

所述电容的第一端和第二端分别为所述容性负载电路的第一端和第二端。

在一个实施例中，所述电容的容值范围为8μF～12μF。

在一个实施例中，所述电压跟随器包括运算放大器；

所述运算放大器的正相输入端构成所述电压跟随器的输入端，所述运算放大器的输出端和所述运算放大器的反相输入端共接构成所述电压跟随器的输出端。

本实用新型实施例的第二方面提出了一种阻抗装置，包括如上所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路通过采用第一阻性负载电路、第二阻性负载电路、容性负载电路和电压跟随器，直流电源输入时，容性负载电路的阻抗无穷大，阻抗电路的阻抗为第一预设阻值和第二预设阻值的总和，阻抗小，交流电源输入时，阻抗电路的阻抗为第一阻性负载电路与第二阻性负载电路的阻抗乘积除以容性负载电路的阻抗的商值，阻抗大，从而实现直流低阻抗和交流高阻抗的目的，简化了阻抗电路的结构和成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路的电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

本实用新型实施例的第一方面提出了一种具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路。

如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路的结构示意图，其中，阻抗电路包括：

具有第一预设阻值的第一阻性负载电路10，第一阻性负载电路10的第一端构成具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路的输入端，并输入交直流电源；

具有第二预设阻值的第二阻性负载电路20，第二阻性负载电路20的第一端与第一阻性负载电路10的第一端连接，第二阻性元件的第二端接地；

具有预设容值的容性负载电路30，容性负载电路30的第一端、第一阻性负载电路10的第二端和第二阻性负载电路20的第一端共接；以及

放大倍数为1的电压跟随器40，电压跟随器40的输入端与第一阻性负载电路10的第一端连接，电压跟随器40的第二端与容性负载电路30的第二端连接。

本实施例中，假设第一预设阻值大小为R1，第二预设阻值大小为R2，容性负载电路30的容值大小为C，输入电源电压为Us，第一阻性负载电路10和第二阻性负载电路20的节点电压为Uf。

因此，根据电路结构可得阻抗电路的阻抗为：

同时，根据基尔霍夫电流定律可知，节点的电流规律满足：

其中，Xc为容性负载电路30的阻抗，其值为：

根据上述公式推理可得：

因此，当输入电源为直流电源时，Xc阻值无穷大，Z＝R1+R2。

当输入电源为交流电源时，Z≈R₁*R₂*2*π*f*C。

当第一阻性负载电路10和第二阻性负载电路20的阻值均为千欧级别，电容C1为微法级别时，交流电源的阻抗大小远大于直流阻抗大小，从而可为对应设备提供直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗电路，实现对应设备的负载检测、模拟测试等工作。

例如，当R1＝R2＝300KΩ，C1＝10μF时，阻抗电路的直流阻抗大小为600KΩ，交流阻抗大小达到283MΩ，大于100MΩ，达到了高阻抗的要求，且远大于直流阻抗。

本实施例中，第一阻性负载电路10和第二阻性负载电路20可根据阻值需求对应设置电阻结构，可分别包括至少一个串并联连接的电阻，同时，容性负载电路30可采用对应串并联连接的电容结构，电压跟随器40起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，实现了输入输出电压一致性，电压跟随器40可采用对应结构的运算放大器U1以及外围电路，其具体结构不限。

实施例二

本实施例基于实施例一的基础上进行具体化，如图2所示，在一个实施例中，第一阻性负载电路10包括第一电阻R1；

第一电阻R1的第一端和第二端分别为第一阻性负载电路10的第一端和第二端。

第二阻性负载电路20包括第二电阻R2；

第二电阻R2的第一端和第二端分别为第二阻性负载电路20的第一端和第二端。

容性负载电路30包括电容C1；

电容C1的第一端和第二端分别为容性负载电路30的第一端和第二端。

本实施例中，假设第一电阻R1的阻值为R1，第二电阻R2的阻值为R2，电容C1的容值为C，输入电源电压为Us，第一电阻R1和第二电阻R2的节点电压为Uf。

因此，根据电路结构可得阻抗电路的阻抗为：

同时，根据基尔霍夫电流定律可知，节点的电流规律满足：

其中，Xc为电容C1的阻抗，其值为：

根据上述公式可得：

因此，当输入电源为直流电源时，Xc阻值无穷大，Z＝R1+R2。

当输入电源为交流电源时，Z≈R₁*R₂*2*π*f*C。

当第一电阻R1和第二电阻R2的阻值均为千欧级别，电容C1为微法级别，工频50z时，交流电源的阻抗大小远大于直流阻抗大小，从而可为对应设备提供直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗电路，实现对应设备的负载检测、模拟测试等工作。

例如，当R1＝R2＝300KΩ，C1＝10μF时，阻抗电路的直流阻抗大小为600KΩ，交流阻抗大小达到283MΩ，大于100MΩ，达到了高阻抗的要求，且远大于直流阻抗。

本实施例中，通过采用第一电阻R1、第二电阻R2、电容C1和运算放大器U1组成了一个具有直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗电路，能够实现对直流输入的低阻抗和交流输入的高阻抗，可为各类设备提供所需的直流低阻抗和交流高阻抗的租看结构，例如直接集成至检测仪器的输入端，实现对直流的自动放电，提供工作效率。

例如，一般的电容分压式传感器的二次等效负载在5KΩ左右，检测仪器的工频50Hz时的交流输入阻抗至少要到100MΩ以上才能满足检测要求，由于检测仪器的阻抗大，电容分压式传感器的二次臂电容C1在上电瞬间建立的阶跃电压无泄放回路，造成在检测时会有一个随机的直流分量叠加到工频50Hz的工频交流信号上，给检测系统带来了附加误差。

为了提高检测精度，需对直流分量进行泄放，此时可将阻抗电路直接接入到电容分压式传感器的二次侧，阻抗电路在工频50Hz时，阻抗大于100MΩ，在直流时，直流电阻为千欧级别，由于电容分压式传感器二次的电容一般小于1微法，大概几秒时间就可以把直流信号完全泄放完毕，其中，检测一台互感器的时间需10分钟以上，几秒的泄放时间不影响检测过程，实现了无接触自动泄放电容分压式传感器的剩余直流电压的目的。

同时，本实施例中，阻抗电路结构简单，仅需四个元器件即可实现直流低阻抗和交流高阻抗，简化了阻抗电路的结构和降低了设计成本。

其中，为了达到所需各类设备所需的直流低阻抗和交流高阻抗，可选地，第一电阻R1的阻值范围和第二电阻R2的阻值范围均为250KΩ～350KΩ，电容C1的容值范围为8μF～12μF。

因此，根据电容和电阻的取值范围，阻抗电路的直流阻抗范围可达到500KΩ～700KΩ，交流阻抗可达到157MΩ～461Ω，实现了对应的直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗需求，其中，根据直流低阻抗和交流高阻抗的具体阻抗需求可对应选择对应电阻和电容C1的大小。

其中，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值可相等或不等，可以理解的是，两个电阻相等时，其阻抗乘积最大，因此，为了保证获取一交流高阻抗，可选地，第一电阻R1的阻值和第二电阻R2的阻值相等。

请继续参阅图2，在一个实施例中，电压跟随器40包括运算放大器U1；

运算放大器U1的正相输入端构成电压跟随器40的输入端，运算放大器U1的输出端和运算放大器U1的反相输入端共接构成电压跟随器40的输出端。

本实施例中，运算放大器U1实现电压跟随作用，形成放大倍数为1的电压跟随器40，其中，运算放大器U1还包括正电源端VCC+和负电源端VCC-，并分别连接对应极性和电压等级的电压信号，运算放大器U1根据电源端的电压信号启动工作，其中，运算放大器U1的型号可根据放大倍数和成本对应选择，在一个实施例中，运算放大器U1的型号为OPA227。

同时，第一电阻R1、第二电阻R2以及电容C1可根据精度和耐压需求选择对应类型的电阻、电容结构，例如电阻可采用1％精度、功率为0.1瓦特以上的电阻、电容C1可采用精度5％，耐压15V以上的电容。

本实用新型还提出一种阻抗装置，该阻抗装置包括具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，该具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路的具体结构参照上述实施例，由于本阻抗装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例中，阻抗装置可与各类设备集成或者分立设置，以提供直流低阻抗和交流高阻抗的阻抗结构至各类设备，例如可将阻抗装置直接接入到电容分压式传感器的二次侧，阻抗装置在工频50Hz时，阻抗大于100MΩ，在直流时，直流电阻为千欧级别，由于电容分压式传感器二次的电容C1一般小于1微法，大概几秒时间就可以把直流信号完全泄放完毕，其中，检测一台互感器的时间需10分钟以上，几秒的泄放时间不影响检测过程，实现了无接触自动泄放电容分压式传感器的剩余直流电压的目的。

以上所述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 (9)

1.一种具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，包括：

具有第一预设阻值的第一阻性负载电路，所述第一阻性负载电路的第一端构成所述具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路的输入端，并输入交直流电源；

具有第二预设阻值的第二阻性负载电路，所述第二阻性负载电路的第一端与所述第一阻性负载电路的第一端连接，所述第二阻性元件的第二端接地；

具有预设容值的容性负载电路，所述容性负载电路的第一端、所述第一阻性负载电路的第二端和所述第二阻性负载电路的第一端共接；以及

放大倍数为1的电压跟随器，所述电压跟随器的输入端与所述第一阻性负载电路的第一端连接，所述电压跟随器的第二端与所述容性负载电路的第二端连接。

2.如权利要求1所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，所述第一阻性负载电路包括第一电阻；

所述第一电阻的第一端和第二端分别为所述第一阻性负载电路的第一端和第二端。

3.如权利要求2所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，所述第二阻性负载电路包括第二电阻；

所述第二电阻的第一端和第二端分别为所述第二阻性负载电路的第一端和第二端。

4.如权利要求3所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值范围和所述第二电阻的阻值范围均为250KΩ～350KΩ。

5.如权利要求4所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值相等。

6.如权利要求1所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，所述容性负载电路包括电容；

所述电容的第一端和第二端分别为所述容性负载电路的第一端和第二端。

7.如权利要求6所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，所述电容的容值范围为8μF～12μF。

8.如权利要求1所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路，其特征在于，所述电压跟随器包括运算放大器；

所述运算放大器的正相输入端构成所述电压跟随器的输入端，所述运算放大器的输出端和所述运算放大器的反相输入端共接构成所述电压跟随器的输出端。

9.一种阻抗装置，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的具备直流低阻抗及交流高阻抗的阻抗电路。

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