CN218727610U - 一种电压电流基准仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电压电流基准仪，包括：基准源电路，与直流电源连接；DAC电路，与基准源电路连接；主控电路，与外部控制器和DAC电路连接；恒压恒流输出电路，包括分压电路、运放电路、第一继电器、第一电阻及控制输出电路，第一电阻的一端连接第一继电器的第一公共端和DAC电路，该第一电阻的另一端连接第一继电器的第二公共端和DAC电路，且分压电路连接第一继电器的第一常开端和第二常开端，所述控制输出电路包括第二继电器、第一开关管及第二电阻，所述运放电路分别与分压电路和第二继电器连接，第一开关管的集电极连接直流电源，其基极和发射极均与第二继电器连接，且第二电阻连接于第一开关管的发射极和第二继电器之间。

Description

一种电压电流基准仪

技术领域

本实用新型涉及一种电压电流基准仪。

背景技术

随着精密仪器仪表以及测试和计量应用对精度的要求不断提高，越来越多精度更高的器件被开发，以满足测量需求。目前，市面上的电压/电流基准仪可实现较高精度的电压/电流测量，但是电压和电流都需要通过单独的电压基准仪和电流基准仪检测，较为麻烦，且现有市面上的电压/电流基准仪依然存在电压值的偏差、漂移、电流调整率等指标参数不稳定的现象，无法达到更高精度、高稳定性、低漂移的输出要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电压电流基准仪，可实现电压和电流的测量，且精度更高、稳定性更好。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电压电流基准仪，包括：

基准源电路，与直流电源连接，以输出稳定的基准电压；

DAC电路，与基准源电路的输出端连接，以定量输出直流电压；

主控电路，与外部控制器和DAC电路连接，用于根据外部控制器的指令控制DAC电路的输出；

恒压恒流输出电路，包括分压电路、运放电路、第一继电器、第一电阻以及至少一控制输出电路，其中，所述第一电阻的一端连接第一继电器的第一公共端和DAC电路的输出端，该第一电阻的另一端连接第一继电器的第二公共端和DAC电路，该第一继电器的第一常闭端和第二常闭端连接至电压电流基准仪的输出端，以在第一继电器处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电压，且所述分压电路的输入端连接第一继电器的第一常开端和第二常开端，所述控制输出电路包括第二继电器、第一开关管以及第二电阻，所述运放电路的输入端和输出端分别与分压电路的输出端和第二继电器连接，所述第一开关管的集电极连接直流电源，其基极和发射极均与第二继电器连接，且所述第二电阻连接于第一开关管的发射极和第二继电器之间，以在第一继电器处于常开状态，而第二继电器处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电流，且所述第一电阻和第二电阻均为低温漂高精度电阻。

其进一步技术方案为：所述第二继电器的第一公共端连接运放电路的输出端，其第一常闭端和第二常闭端分别连接第一开关管的基极和第二电阻，该第一继电器的第二公共端连接至电压电流基准仪的输出端，以在第一继电器处于常开状态而第二继电器处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电流。

其进一步技术方案为：所述控制输出电路还包括第二开关管和第三电阻，所述第二开关管的集电极和发射极分别连接直流电源和第三电阻，该第三电阻的另一端和第二开关管的基极分别连接第二继电器的第二常开端和第一常开端，所述第三电阻也为低温漂高精度电阻，且该第三电阻的阻值和第二电阻的阻值不同。

其进一步技术方案为：所述运放电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接分压电路，该第一运算放大器的反相输入端和输出端均连接第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的反相输入端接地，其输出端连接第二继电器的第一公共端。

其进一步技术方案为：所述运放电路还包括第三运算放大器，所述控制输出电路包括第三继电器，所述第三运算放大器的反相输入端和输出端均连接第二运算放大器的正电源输入端，所述第三继电器的第一公共端和第二公共端分别连接第三运算放大器的同相输入端和第二运算放大器的负电源输入端，该第三继电器的第一常闭端和第一常开端分别连接第二电阻和第三电阻与第二继电器连接的一端，其第二常闭端和第二常开端分别连接第一开关管和第二开关管的发射极。

其进一步技术方案为：所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻一端连接第一继电器的第一常开端和第二常开端，该第一分压电阻的另一端连接第二分压电阻和运放电路的输入端，所述第二分压电阻的另一端接地。

其进一步技术方案为：所述电压电流基准仪还包括有信号隔离电路，所述信号隔离电路包括连接于主控电路和外部控制器之间的信号隔离器，以减少外部输入信号的干扰。

其进一步技术方案为：所述电压电流基准仪还包括有NTC温度检测电路，所述NTC温度检测电路包括设置于DAC电路、基准源电路和直流电源输出端周边的NTC温度传感器，所述NTC温度传感器与主控电路连接，以进行温度检测。

其进一步技术方案为：所述DAC电路包括型号为AD5791的数模转换芯片以及第四运算放大器，所述数模转换芯片的第2引脚和第1引脚分别连接第四运算放大器的同相输入端和反相输入端，该数模转换芯片的第20引脚连接第一电阻。

其进一步技术方案为：所述基准源电路包括依次连接于直流电源和DAC电路之间的Boost升压电路、LDO降压电路和BUCK降压电路。

与现有技术相比，本实用新型电压电流基准仪中设置有DAC电路和恒压恒流输出电路，通过DAC电路和恒压恒流输出电路的配合，在第一继电器处于常闭状态时可输出恒定的电压，而在第一继电器处于常开状态，且第二继电器处于常闭状态时可输出恒定电流，可根据实际需要切换电压输出模式和电流输出模式，实现电压和电流的测量，不需两个仪器，且恒压恒流输出电路中的第一电阻和第二电阻均为低温漂高精度电阻，可实现更高精度和更稳定的电压和电流的测量。

附图说明

图1是本实用新型电压电流基准仪一具体实施例的电路框图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

参照图1，图1为本实用新型电压电流基准仪一具体实施例的电路框图。在附图所示的实施例中，所述电压电流基准仪包括基准源电路11、DAC电路12、主控电路13以及恒压恒流输出电路，其中，所述基准源电路11与直流电源V连接，以输出稳定的基准电压(P1，P2)；所述DAC电路12与基准源电路11的输出端连接，以定量输出直流电压；所述主控电路13与外部控制器40和DAC电路12连接，用于根据外部控制器40的指令控制DAC电路12的输出；所述恒压恒流输出电路包括分压电路141、运放电路142、第一继电器S1、第一电阻R1以及至少一控制输出电路143，其中，所述第一电阻R1的一端连接第一继电器S1的第一公共端和DAC电路12的输出端，该第一电阻R1的另一端连接第一继电器S1的第二公共端和DAC电路12，该第一继电器S1的第一常闭端和第二常闭端连接至电压电流基准仪的输出端VOUT，以在第一继电器S1处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电压，且所述分压电路141的输入端连接第一继电器S1的第一常开端和第二常开端，所述控制输出电路143包括第二继电器S2、第一开关管Q1以及第二电阻R2，所述运放电路142的输入端和输出端分别与分压电路141的输出端和第二继电器S2连接，所述第一开关管Q1的集电极连接直流电源V，其基极和发射极均与第二继电器S2连接，且所述第二电阻R2连接于第一开关管Q1的发射极和第二继电器S2之间，以在第一继电器S1处于常开状态，而第二继电器S2处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电流，且所述第一电阻R1和第二电阻R2均为低温漂高精度电阻。优选地，本实施例中，所述第一电阻R1的阻值为100OHM，所述第二电阻R2的阻值为10OHM。基于上述设计，本实用新型电压电流基准仪可根据实际需要切换电压输出模式和电流输出模式，实现电压和电流的测量，不需两个仪器，且恒压恒流输出电路中的第一电阻R1和第二电阻R2均为低温漂高精度电阻，可实现更高精度和更稳定的电压和电流的测量。

具体地，在本实施例中，所述第二继电器S2的第一公共端连接运放电路142的输出端，其第一常闭端和第二常闭端分别连接第一开关管Q1的基极和第二电阻R2，该第一继电器S1的第二公共端连接至电压电流基准仪的输出端VOUT，以在第一继电器S1处于常开状态而第二继电器S2处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电流。

进一步地，所述控制输出电路143还包括第二开关管Q2和第三电阻R3，所述第二开关管Q2的集电极和发射极分别连接直流电源V和第三电阻R3，该第三电阻R3的另一端和第二开关管Q2的基极分别连接第二继电器S2的第二常开端和第一常开端，所述第三电阻R3也为低温漂高精度电阻，且该第三电阻R3的阻值和第二电阻R2的阻值不同，本实施例中，所述第三电阻R3的阻值为1OHM。

在某些实施例中，所述运放电路142包括第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，所述第一运算放大器U1的同相输入端连接分压电路141，该第一运算放大器U1的反相输入端和输出端均连接第二运算放大器U2的同相输入端，所述第二运算放大器U2的反相输入端接地，其输出端连接第二继电器S2的第一公共端。优选地，本实施例中，所述第一运算放大器U1的型号为AD8672，第二运算放大器U2的型号为AD8276。

优选地，所述运放电路142还包括第三运算放大器U3，所述控制输出电路143包括第三继电器S3，所述第三运算放大器U3的反相输入端和输出端均连接第二运算放大器U2的正电源输入端，所述第三继电器S3的第一公共端和第二公共端分别连接第三运算放大器U3的同相输入端和第二运算放大器U2的负电源输入端，该第三继电器S3的第一常闭端和第一常开端分别连接第二电阻R2和第三电阻R3与第二继电器S2连接的一端，其第二常闭端和第二常开端分别连接第一开关管Q1和第二开关管Q2的发射极。基于上述设计，第二运算放大器U2中工作电源可通过控制输出电路143提供。

在本实施例中，所述分压电路141包括第一分压电阻R4和第二分压电阻R5，所述第一分压电阻R4一端连接第一继电器S1的第一常开端和第二常开端，该第一分压电阻R4的另一端连接第二分压电阻R5和运放电路142中第一运算放大器U1的同相输入端，所述第二分压电阻R5的另一端接地。优选地，所述第一分压电阻R4的阻值为18KOHM，所述第二分压电阻R5的阻值为2KOHM。

进一步地，所述电压电流基准仪还包括有信号隔离电路15和NTC温度检测电路16，所述信号隔离电路15包括连接于主控电路13和外部控制器40之间的信号隔离器，而所述NTC温度检测电路16包括设置于DAC电路12、基准源电路11和直流电源V输出端周边的NTC温度传感器，所述NTC温度传感器与主控电路13连接，以进行温度检测。本实施例中，信号隔离器的型号为ADUM3160，所述主控电路13包括型号为STM32F103C8T6的单片机、滤波电路、LCD输入端口电路、心跳灯电路、复位电路以及烧录电路等，外部控制器40通过USB数据线输入USB信号，增加的信号隔离器可隔离USB电源及信号，减少干扰项，且通过NTC温度传感器可检测电压电流基准仪的工作温度，还可通过LCD输入端口电路与一LCD触摸屏17连接，及时反馈各处的工作温度；可理解地，还可通过LCD触摸屏17发送指令至单片机，从而控制DAC电路12的输出，进而控制电压和电流的输出。

具体地，在本实施例中，所述DAC电路12包括型号为AD5791的数模转换芯片U9以及第四运算放大器U4，所述数模转换芯片U9的第2引脚和第1引脚分别连接第四运算放大器U4的同相输入端和反相输入端，该数模转换芯片U9的第20引脚连接第一电阻R1。基于上述设计，DAC电路12采用AD579120Bit低温漂高精度DAC作为主要器件，通过切换第一继电器S1可输出恒定电压和恒定电流，电压输出模式为为默认模式。

在某些实施例中，所述基准源电路11包括依次连接于直流电源V和DAC电路12之间的Boost升压电路、LDO降压电路和BUCK降压电路113，其中，所述Boost升压电路可采用型号为LT1935的芯片实现，所述LDO降压电路可采用型号为AD7118的芯片实现，而所述BUCK降压电路113可通过型号为MAX6350的IC和型号为AD8672的运放，进行降压处理。具体地，本实施例中，输入的直流电源V为+12V，经LT1935后将+12V升压至+14V，再通过AD7118将+14V降压至+13.5V，该13.5V的正电压可作为AD5791的正电源输入，且13.5V正电压经过MAX6350降至+5V，再通过AD8672转换为+10.5V(即P1)和-10.5V(即P2)的基准电压，输入至AD5791的正基准检测电压引脚(第3引脚)和负基准检测电压引脚(第17引脚)。

可理解地，图1中第一继电器S1、第二继电器S2和第三继电器S3均处于常闭状态，当本实用新型电压电流基准仪工作时，DAC电路12接收+10.5V和-10.5V的基准电压，可产生大约20uV的阶跃，故其单步调节为20uV，第一继电器S1处于常闭状态时，可输出-10.5V至+10.5V电压，而当第一继电器S1处于常开状态时，即第一公共端和第二公共端分别与第一常闭端和第二常闭端断开后，而分别与第一常开端和第二常开端连通时，DAC电路12输出的恒定电压通过十倍衰减电路即分压电路141后其电压输出为0V-1V，经过AD8672及AD8276后再通过第二继电器S2，可切换两档电流输出，当第二继电器S2和第三继电器S3处于常闭状态时，第一开关管Q1工作，输出电压由发射集通过低温漂高精度的第二电阻R2(阻值为10OHM)稳定，其电流输出为0mA至100mA；而当第二继电器S2和第三继电器S3处于常开状态时，第二开关管Q2工作，输出电压由发射集通过低温漂高精度的第三电阻R3(阻值为1OHM)稳定，其电流输出0mA至1A。可知，本实施例中，电流有0mA至100mA档及0mA至1A档2档输出，而在某些其他实施例中，还可设置多个控制输出电路143，当低温漂高精度的电阻阻值不同可输出不同的电流，输出的电流可设置为更多档。

优选地，本实施例地，12V的直流电源V首先可经过一π型滤波电路30，滤波后可分为三路，一路流入基准源电路11，以为DAC电路12提供基准电压；一路经芯片TPS5430后将+12V降压为+5V，可给LCD触摸屏17和第一继电器S1、第二继电器S2以及第三继电器S3供电，再通过芯片LM1117将+5V降压为+3.3V，可给单片机和信号隔离器供电；还有一路经芯片LT1931Buck电路后降压至-14V，再通过芯片AD7182将-14V升压至-13.5V，该-13.5V的电压可作为DAC电路12中AD5791的负电源输入。

综上所述，本实用新型电压电流基准仪中设置有DAC电路和恒压恒流输出电路，通过DAC电路和恒压恒流输出电路的配合，通过切换第一继电器可选择电压输出模式还是电流输出模式，实现电压和电流的测量，不需两个仪器，且电流输出模式可以输出多档不同范围的电流，且DAC电路中采用20位和1ppm线性度的数模转换芯片，其线性功能大大简化了校准，利用AD5791和低温漂高精度的电阻电路的设计，最终可实现更高精度和更稳定的电压和电流的测量，且本发明具有更加完整的NTC温度检测电路，可以时刻反馈设备温度，对温度敏感检测传达。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，而非对本实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电压电流基准仪，其特征在于，包括：

基准源电路，与直流电源连接，以输出稳定的基准电压；

DAC电路，与基准源电路的输出端连接，以定量输出直流电压；

主控电路，与外部控制器和DAC电路连接，用于根据外部控制器的指令控制DAC电路的输出；

恒压恒流输出电路，包括分压电路、运放电路、第一继电器、第一电阻以及至少一控制输出电路，其中，所述第一电阻的一端连接第一继电器的第一公共端和DAC电路的输出端，该第一电阻的另一端连接第一继电器的第二公共端和DAC电路，该第一继电器的第一常闭端和第二常闭端连接至电压电流基准仪的输出端，以在第一继电器处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电压，且所述分压电路的输入端连接第一继电器的第一常开端和第二常开端，所述控制输出电路包括第二继电器、第一开关管以及第二电阻，所述运放电路的输入端和输出端分别与分压电路的输出端和第二继电器连接，所述第一开关管的集电极连接直流电源，其基极和发射极均与第二继电器连接，且所述第二电阻连接于第一开关管的发射极和第二继电器之间，以在第一继电器处于常开状态，而第二继电器处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电流，且所述第一电阻和第二电阻均为低温漂高精度电阻。

2.如权利要求1所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述第二继电器的第一公共端连接运放电路的输出端，其第一常闭端和第二常闭端分别连接第一开关管的基极和第二电阻，该第一继电器的第二公共端连接至电压电流基准仪的输出端，以在第一继电器处于常开状态而第二继电器处于常闭状态时使得电压电流基准仪输出恒定电流。

3.如权利要求2所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述控制输出电路还包括第二开关管和第三电阻，所述第二开关管的集电极和发射极分别连接直流电源和第三电阻，该第三电阻的另一端和第二开关管的基极分别连接第二继电器的第二常开端和第一常开端，所述第三电阻也为低温漂高精度电阻，且该第三电阻的阻值和第二电阻的阻值不同。

4.如权利要求3所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述运放电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接分压电路，该第一运算放大器的反相输入端和输出端均连接第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的反相输入端接地，其输出端连接第二继电器的第一公共端。

5.如权利要求4所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述运放电路还包括第三运算放大器，所述控制输出电路包括第三继电器，所述第三运算放大器的反相输入端和输出端均连接第二运算放大器的正电源输入端，所述第三继电器的第一公共端和第二公共端分别连接第三运算放大器的同相输入端和第二运算放大器的负电源输入端，该第三继电器的第一常闭端和第一常开端分别连接第二电阻和第三电阻与第二继电器连接的一端，其第二常闭端和第二常开端分别连接第一开关管和第二开关管的发射极。

6.如权利要求2所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻一端连接第一继电器的第一常开端和第二常开端，该第一分压电阻的另一端连接第二分压电阻和运放电路的输入端，所述第二分压电阻的另一端接地。

7.如权利要求1所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述电压电流基准仪还包括有信号隔离电路，所述信号隔离电路包括连接于主控电路和外部控制器之间的信号隔离器，以减少外部输入信号的干扰。

8.如权利要求1所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述电压电流基准仪还包括有NTC温度检测电路，所述NTC温度检测电路包括设置于DAC电路、基准源电路和直流电源输出端周边的NTC温度传感器，所述NTC温度传感器与主控电路连接，以进行温度检测。

9.如权利要求1所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述DAC电路包括型号为AD5791的数模转换芯片以及第四运算放大器，所述数模转换芯片的第2引脚和第1引脚分别连接第四运算放大器的同相输入端和反相输入端，该数模转换芯片的第20引脚连接第一电阻。

10.如权利要求1所述的电压电流基准仪，其特征在于：所述基准源电路包括依次连接于直流电源和DAC电路之间的Boost升压电路、LDO降压电路和BUCK降压电路。

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