WO2017113550A1 - 运算放大器、驱动接口、测控设备、驱动电路和驱动器 - Google Patents

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Definitions

  • the operational amplifier further includes: a second diode, the anode is connected to the emitter of the transistor, and the cathode is connected to the third port.
  • the operational amplifier can be used as an input and/or output interface.
  • the external circuit of the transistor further includes: a transistor; the first port is coupled to the base of the transistor through the first resistor. a second port connected to the emitter of the transistor; a third port connected to the collector of the transistor; and a fourth port connected to the emitter of the transistor through the second resistor as a signal input A common port with signal output.
  • the operational amplifier of the embodiment of the invention can realize flexible conversion between the input interface and the output interface, thereby realizing the technical effect of expanding the use range of the operational amplifier and improving the overall performance of the application circuit, thereby solving the interface in the related art.
  • a circuit or level shifting circuit has technical problems that reduce the performance of an applied circuit due to the inability to support conversion of an input or output interface.
  • the first port Vdj can be used as a control voltage input port for adjusting the current magnitude value absorbed from the I/Oc port
  • the second port I/Oe can be used as the level state value of the sampling point directly connected to the third port I/Oc.
  • the level output, the target drive high current input port, the third port I/Oc can be used as a port connecting a wide voltage fluctuation range sampling point, a constant current input and a target drive high current output
  • the fourth port GND can be used as a signal input. Output and connect the common port of the negative power supply.
  • the maximum driving voltage is determined by the maximum allowable power consumption of Re.
  • the difference between this voltage and Vdj is generally not selected to reach or exceed the Vebo of the transistor Q, where Vebo is the collector C of the transistor Q.
  • the maximum reverse voltage value applied between base B and emitter E when floating is limited.
  • the magnitude of the LED operating current is adjusted by adjusting the magnitude of the voltage applied to the Vdj port, and Vdj is given in FIG.
  • the component that provides the adjustable voltage value is a resistor divider, that is, the variable resistor. The larger the voltage value divided from the resistor divider, the larger the operating current flowing through the LED, and vice versa. The smaller the voltage value divided by the device, the smaller the operating current flowing through the LED.
  • the specific voltage division value is determined by the actual operating current value required when the LED is operating.
  • a detecting device which can be used for detecting a switch on/off state
  • the detecting device can include any one of the operational amplifiers shown in FIG. 1 to FIG. 4, wherein the operational amplifier
  • the third port is used as a signal input port
  • the detecting device may further include: a switch as the object to be tested, one end is connected to the collector of the transistor of the operational amplifier through the signal input port, one end is grounded; and the current limiting current is The resistor is used to convert the on-off state of the switch to a low-level state of the level signal, wherein the third port of the operational amplifier can be connected to the power supply of the detecting device or the power source common to the fourth port through the current limiting resistor .
  • VIII is a photocoupler for constituting a sensor for collecting the Ko state
  • Rc is a pull-up resistor of the output terminal I/Oe of the photocoupler VIII
  • Ri is an input terminal I of the photocoupler VIII. /Oc current limiting resistor.
  • the circuit of the embodiment of the present invention does not need direction selection control, when the interface device is used, the port pin resources of the CPU or the MCU can be saved, the software overhead and the PCB board area can be saved, and the entire application system can be reduced. R&D cycle and production costs as well as maintenance costs. In particular, when certain input or output ports are encountered and there are certain outputs or inputs in the same system with sufficient margin, or when it is necessary to adjust the position of certain input or output ports, embodiments of the present invention are used. The circuit does not need to re-create the corresponding application board, but only needs to redefine the mapping relationship between the port of the software and the port of the hardware.
  • circuit of the embodiment of the present invention When the circuit of the embodiment of the present invention is applied in the driver's driving skill test system, it can automatically adapt to the test vehicle of the 12V and 24V power supply systems, and the sampling method using the resistor current limiting or voltage division does not necessarily have an adaptive function. .

Abstract

一种运算放大器、驱动接口、测控设备、驱动电路和驱动器，其中，该运算放大器作为输入和/或输出接口，其中，运算放大器对应一个晶体管（Q）时，晶体管（Q）的外部电路还包括：第一端口（Vdj），通过第一电阻（Rb）与晶体管（Q）的基极（B）相连接；第二端口（I/Oe），与晶体管（Q）的发射极（E）相连接；第三端口（I/Oc），与晶体管（Q）的集电极（C）相连接；以及第四端口（GND），通过第二电阻（Re）与晶体管（Q）的发射极（E）相连接，作为信号输入与信号输出的公共端口。大电流驱动输出高电压恒流输入斩波器解决了相关技术中的接口电路或电平转换电路由于无法支持既可以作为高电压输入接口又可以作为大电流输出接口的转换导致降低应用电路性能的技术问题。

Description

运算放大器、驱动接口、测控设备、驱动电路和驱动器 技术领域
本发明实施例涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种运算放大器、驱动接口、测控设备、驱动电路和驱动器。
背景技术
在电子、电气或者智能产品的工作过程中所涉及到的电子测量与控制领域中，现有的中央处理器或者微型控制器内部及其以外的双向接口器件都是由方向选择电路通过其引出控制线路来决定其在被实际操作时是用作输入还是输出的，而电平转换电路则是在制造生产时就决定了其在应用时的实际方向和适用性能的。比如：达林顿驱动器件ULN2003，只能输出驱动；总线驱动器74HC245，操作时需通过方向引脚来决定；各类数据选择器只能用作输入选择；各类数据分配器只能用作输出分配；光电耦合器在实际应用电路中被设计用作输出时就不能再被用作输入，反之，当被设计用作输入时就不能再用作输出；LED驱动器只具有恒流驱动作用等。
相关技术中的接口电路或者电平转换电路存在以下缺陷：
1、对于单向接口电路而言，当应用电路被设计或制造之后，其输入或输出的方向就被决定了，在实际应用时对输入或输出方向进行变更非常困难。
2、对于双向接口电路，当应用电路被设计或制造之后，其能适应的端口电压或电流范围就被决定了，在实际应用时将其应用在高电压输入或需要大电流驱动的环境中非常困难。
3、作为测控领域应用的信号采集或驱动输出的电路板卡，设计过程中就决定了其应用时的单一性，在实际应用时是很难改变，不管是缺少一路输入还是输出，都不得不多增加一块相应的板卡，而此时不管应用于另一方向的板卡还剩有多少足够的富余量，导致电路结构复杂，成本增加。
4、在进行测控产品研发时，当对制造好的板卡现场进行调试时，往往会遇到不是缺少输入就是缺少输出等问题，除非不计成本地留有足够的富余量，此时如果需要修改硬件设计并重新制造，则会导致研发周期明显延长。
5、在板卡产品定型后，如果需要进行软件功能升级，往往也会出现输入或输出端口缺少的问题。
6、在同一应用板卡上，一般都需要根据测控对象来选择相应的输入或输出接口芯片，进而导致增加研发成本或生产单位的库存管理成本。
7、微型控制器或中央处理器的输入端口的耐压值受到限制，不能高于接口电路或电平转换电路工作电压的两倍，严重影响微型控制器或中央处理器应用范围。
针对相关技术中的接口电路或电平转换电路由于无法支持输入或输出接口的转换导致降低应用电路性能的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种运算放大器、驱动接口、测控设备、驱动电路和驱动器，以至少解决相关技术中的接口电路或电平转换电路由于无法支持既可以作为高电压输入接口又可以作为大电流输出接口的转换导致降低应用电路性能的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种运算放大器，该运算放大器作为输入和/或输出接口，其中，运算放大器对应于一个晶体管时，晶体管的外部电路还包括：晶体管；第一端口，通过第一电阻与晶体管的基极相连接；第二端口，与晶体管的发射极相连接；第三端口，与晶体管的集电极相连接；以及第四端口，通过第二电阻与晶体管的发射极相连接，作为信号输入与信号输出的公共端口。
进一步地，运算放大器还包括：第一二极管，与第一电阻串联，其中，第一二极管的阳极与第一电阻相连接，阴极与晶体管的基极相连接，或者第一二极管的阳极与第一端口相连接，阴极与第一电阻相连接。
进一步地，运算放大器还包括：第二二极管，阳极与晶体管的发射极相连接，阴极与第三端口相连接。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种驱动接口，驱动接口为电流或者电压驱动接口，驱动接口包括本发明实施例中的任意一种运算放大器，其中，运算放大器的第一端口和第四端口悬空，驱动电流或者驱动电压从运算放大器的第二端口流入，经过运算放大器中的第二二极管从运算放大器中的第三端口流出，其中，运算放大器的第三端口与被驱动对象相连接。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种测控设备，包括至少一个测控接口，其中，测控接口为本发明实施例中的任意一种的运算放大器。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种驱动电路，驱动电路用于驱动LED，驱动电路包括本发明实施例中的任意一种运算放大器，驱动电路还包括：第一电阻分压器，可调节端与运算放大器中的第一端口相连接，另一端与供电电源相连接，其中，被驱动LED阳极一端与供电电源或与第四端口共地的电源相连接，另一端与运算放大器中的第三端口相连接；以及第二电阻分压器，可调节端与运算放大器中的第二端口相连接，另一端接地。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种驱动器，驱动器用于驱动电子图文显示屏，其中，电子图文显示屏包括至少一个驱动信号输入接口，驱动器包括：驱动电路，与至少一个驱动信号输入接口相连接，其中，驱动电路包括至少一个本发明实施例中的任意一种运算放大器；控制单元，与驱动电路相连接，用于控制驱动电路对电子图文显示屏的驱动过程；以及供电电源，分别与驱动电路和控制单元相连接。
进一步地，驱动电路包括：电源端口，与供电电源相连接，其中，电源端口为至少一个运算放大器中的第一端口的共同端口，运算放大器的电流同相输入端口或电压反相输入端口对应于一个晶体管的基极端口；至少一个发射极端口，分别与控制单元相连接，其中，每个运算放大器的电流反相输入端口或电压同相输入端口对应一个晶体管的发射极端口；至少一个集电极端口，分别与至少一个驱动信号输入接口相连接，其中，每个运算放大器的输出端口对应一个集电极端口；以及接地端口，为至少一个运算放大器中的第四端口的共同端口。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种检测设备，检测设备用于检测开关通断状态，检测设备包括本发明实施例中的任意一种运算放大器，运算放大器的第三端口作为信号输入端口，检测设备还包括：作为被测对象的开关，一端通过信号输入端口与运算放大器的晶体管的集电极相连接，一端接地；以及限流电阻，用于将开关的通断状态转变为电平信号低高状态，其中，运算放大器的第三端口通过限流电阻与检测设备的供电电源或与第四端口共地的电源相连接。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种传感器，传感器适用于检测宽电压波动范围的信号电平状态，传感器包括本发明实施例中的任意一种运算放大器，被检测的信号源与第三端口相连接，检测信号从第二端口输出，通过调节第二电阻或第一电阻控制晶体管从信号源分流的电流量。
在本发明实施例中，运算放大器可以作为输入和/或输出接口，当运算放大器对应于一个晶体管时，晶体管的外部电路还包括：晶体管；第一端口，通过第一电阻与晶体管的基极相连接；第二端口，与晶体管的发射极相连接；第三端口，与晶体管的集电极相连接；以及第四端口，通过第二电阻与晶体管的发射极相连接，作为信号输入 与信号输出的公共端口。本发明实施例的运算放大器能够实现在输入接口和输出接口之间灵活地进行转化，从而实现了扩大运算放大器的使用范围，提高应用电路的整体性能的技术效果，进而解决了相关技术中的接口电路或电平转换电路由于无法支持输入或输出接口的转换导致降低应用电路性能的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明实施例的示意性实施例及其说明用于解释本发明实施例，并不构成对本发明实施例的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的运算放大器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的运算放大器的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的另一种可选的运算放大器的结构示意图；
图4是根据本发明实施例的再一种可选的运算放大器的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的LED驱动电路的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的LED驱动电路的另一结构示意图；
图7是根据本发明实施例的电子图文显示屏驱动器的结构示意图；
图8是根据本发明实施例的陈列式驱动电路的结构示意图；
图9是根据本发明实施例的汽车喇叭开关状态的检测设备的结构示意图；
图10是根据现有技术的一种汽车喇叭开关状态的检测设备的结构示意图；以及
图11是根据现有技术的另一种汽车喇叭开关状态的检测设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理 解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它单元。
根据本发明实施例，提供了一种运算放大器的实施例，需要说明的是，该实施例的运算放大器可以作为应用电路的输入接口，也可以作为应用电路的输出接口，还可以同时作为应用电路的输入/输出接口。
图1是根据本发明实施例的运算放大器的结构示意图，如图1所示，该运算放大器可以包括：
晶体管Q，第一端口Vdj，通过第一电阻Rb与晶体管Q的基极B相连接；第二端口I/Oe，与晶体管Q的发射极E相连接；第三端口I/Oc，与晶体管Q的集电极C相连接；以及第四端口GND，通过第二电阻Re与晶体管Q的发射极E相连接，作为信号输入与信号输出的公共端口。
第一端口Vdj可以作为调整从I/Oc端口吸收进来的电流大小值的控制电压输入端口，第二端口I/Oe可以作为与第三端口I/Oc直接连接的采样点的电平状态值的电平输出、目标驱动大电流输入的端口，第三端口I/Oc可以作为连接存在宽电压波动范围采样点、恒定电流输入和目标驱动大电流输出的端口，第四端口GND可以作为信号输入、输出及连接工作电源负极的公共端口。
如图1所示，方框Ⅰ内共包含有3个元器件，它们的连接关系是：
Q是晶体管，也称晶体管三极管，部分人也习惯称其为三极管，代表一个集电极开路输出的电流运算放大器Ⅰa。其中，B是三极管Q的基极，相对于它代表的集电极开路输出的电流运算放大器Ⅰa来说是同相输入端，通过电阻器Rb连接到Vdj端口，流过Rb的电流的大小同时决定着流入I/Oc端口的电流的大小。E是三极管Q的发射极，相对于它代表的集电极开路输出的电流运算放大器Ⅰa来说是反向输入端，在直接连接到I/Oe端口的同时也通过电阻器Re连接到GND端口，在加到Vdj的电压恒定时，电阻器Re的阻值越大，流入I/Oc端口的电流就越小。C是三极管Q的集电极，相对于它代表的集电极开路输出的电流运算放大器Ⅰa来说是输出端，直接连接到I/Oc端口，也是采样电流的吸入口。
需要说明的是，本发明实施例中的三极管Q可以是双极型普通晶体三极管，其可以是NPN型结构，如图1所示的三极管Q，也可以是PNP型三极管或单极型CMOS三极 管，本发明实施例中的运算放大器还可以使用其它形式的电流放大器来构成相似功能的电路。
作为一种可选的实施例，图2是根据本发明实施例的一种可选的运算放大器的结构示意图，图3是根据本发明实施例的另一种可选的运算放大器的结构示意图，如图2和图3所示，该实施例的运算放大器还可以包括：第一二极管Db，与第一电阻Rb串联，其中，第一二极管Db的阳极可以与第一电阻Rb相连接，阴极与晶体管Q的基极B相连接，或者第一二极管Db的阳极可以与第一端口Vdj相连接，阴极与第一电阻Rb相连接。本发明实施例的运算放大器在晶体管Q的基极B与第一端口Vdj之间串联一个二极管Db，能达到增大允许通过第二端口向第三端口输出驱动电压值的效果。
作为一种可选的实施例，图4是根据本发明实施例的再一种可选的运算放大器的结构示意图，如图4所示，该实施例的运算放大器还可以包括：第二二极管D，阳极与晶体管Q的发射极E相连接，阴极与第三端口I/Oc相连接。端口I/Oc可以通过二极管D连接到E和I/Oe端口。D是从I/Oe进入的驱动电流经从I/Oc输出的通路，D的阳极直接连接到E和I/Oe端口，D的阴极直接连接到C和I/Oc端口。需要说明的是，图4所示的运算放大器可以作为一种输出驱动接口，该驱动接口可以作为电流或者电压输出驱动接口，允许输出的最大电流量由第二二极管D决定。
根据本发明实施例，还提供了一种驱动接口，该驱动接口可以为电流或者电压驱动接口，该驱动接口可以包括图2至图4所示的运算放大器，其中，图4所示的运算放大器作为电流或者电压输出驱动接口时，运算放大器的第一端口和第四端口可以悬空，驱动电流或者驱动电压从运算放大器的第二端口流入，经过运算放大器中的第二二极管从运算放大器中的第三端口流出，其中，运算放大器的第三端口与被驱动对象相连接。
图4所示的运算放大器用作大电流驱动接口时，Vdj和GND可以悬空，驱动电流从I/Oe端口流入，经二极管D后从I/Oc端口流出，再注入到被驱动对象的电流输入端口。这个驱动电流的最大值与二极管D的最大工作电流一致。
图4所示的运算放大器用作电压驱动接口时，驱动电压直接加载I/Oe端口，其高电平输出经二极管D后转递到I/Oc端口、低电平输出则经三极管后转递到I/Oc端口，然后就可以加载到被驱动对象的驱动电压输入端口。这个驱动电压经过图4所示的运算放大器电路后的最大输出电压压降与二极管D的最大工作压降一致、最低输出电压比加载到I/Oe端口的最低电压高出一个晶体管的饱和电压值即0.3V。当需要减小高电平输出电压损失时，可以选用正向压降小的二极管D。
需要说明的是，图4所示的运算放大器作为电压驱动接口时，Vdj端口置于悬空状态而第四端口GND处于接地状态时，此时最大驱动电压由Re的最大允许功耗决定。为了不至于因加到某个单元的I/Oe上的驱动电压影响到其它单元，这个电压与Vdj之差一般不会选取达到或超过三极管Q的Vebo，其中，Vebo为三极管Q的集电极C悬空时加载到基极B和发射极E之间的最大反向电压值。但在实际应用时，只要经过Rb传递出去的电压不会对直接或间接地连接到Vdj端口的其它电路元器件产生损坏或影响其正常工作的后果，这个驱动电压的最大值就可以不受Vebo条件所限。
需要说明的是，如果加到I/Oe的电压与Vdj之差达到或超过三极管Q的Vebo值，但又是在Re的最大功耗所允许的范围内，可以在Vdj和三极管Q的基极B之间串联一个二极管，如图2和图3中的Db。
图1至图4所示的运算放大器还可以用作斩波输入接口。根据电流放大器的原理，流入Q的C极的电流Ic与流入Q的B极的电流的大小Ib有如下关系：
Ic＝β*Ib    (333.1)
式(333.1)中的β是Q的电流放大系数，对于同一个三极管Q或电流放大器Ⅰa来说，β是一个恒定值，只有不同的三极管Q或电流放大器Ⅰa之间，β才可能会是一个不同的值。从式(333.1)可知，通过调整流经电阻器Rb而进入到Q的B极内的电流Ib的大小，就可以决定着经过I/Oc端口而流入到Q的C极内的电流Ic的大小。而根据欧姆定律：
I＝V/R    (333.2)
可以知道，从I/Oe获得电输出电压为：Ve＝(Ic+Ib)*Re，即
Ve＝(β+1)*Ib*Re    (333.3)
从式(333.3)可知，在电阻器Re一定时，加到I/Oc端口的电压Vc的值在不小于Q或Ⅰa的最小线性工作电压的情况下，即在保证式(333.1)成立的条件下，传递到I/Oe端口后，在I/Oe端口所获得的实际大小Ve只与Ib有关，也就是说，在工作过程中只要Ib的大小也不变，电压Ve的大小就与加到I/Oc端口的电压值Vc无关，从而达到了斩波的目的。
需要说明的是，当图1至图4所示的运算放大器用作斩波输入接口时，加载到I/Oc端口的最大电压Vc由Q的Vcbo(Vcbo是当E悬空时，加到B、C两极之间的最大电压)和D的反向耐压Vd两者中最小的值决定。
根据本发明实施例，还提供了一种传感器，传感器可以适用于检测宽电压波动范 围的信号电平状态，该实施例的传感器可以包括图1至图4所示的任意一种运算放大器，其中，被检测的信号源与第三端口I/Oc相连接，检测信号从第二端口I/Oe输出，通过调节第二电阻Re或第一电阻Rb可以控制晶体管从信号源分流的电流量。
图1至图4所示的任意一种运算放大器电路应用于测量目标的电平状态信号时，是利用其具有的斩波功能来实施的。根据测控技术和相应标准的要求，包括传感器在内的任何测量仪器，在进行实际的测量工作时，都不能对被测目标的实时状态值产生任何明显的影响，即不能因为在进行测量工作而对测量点的力、热、声、光、电等“物理量”和其构成物质即“化学量”产生任何不允许的明显的改变。
根据上述测量学的要求，在测量目标点的电平状态变化时，要求包括传感器在内的测量仪器的输入阻抗应尽量的大，即从被测量点分流掉的电流量或产生的电压降要尽量的小。因此，在测量那些可能或实际上会具有传导干扰信号的高电平信号的状态时，本领域技术人员首先想到的都是光电耦合器件。根据光电耦合器件的工作原理和技术手册可知道，要可靠地检测到信号状态，都需要有约5mA甚至更大的电流流过光电耦合器，即用并联方法测量被测量点的电压变化的时候往往都需要从被测量点分流掉约5mA甚至更大的电流，这对于高阻信号源或小电流工作的目标元器件来说是不利的。如果用串联法测量流经被测量点的电流大于允许进入光电耦合器的最大工作电流时也是不容易的。
也就是说，用光电耦合器件通过并联法检测维持电流不到20mA的小工作电流而高工作电压的继电器的线圈是否加载有工作电压时就有可能会影响到被测继电器的正常工作状态；用光电耦合器串联检测工作电流大于30mA的继电器的线圈是否加载有工作电流时也有可能会影响到光电耦合器和被测继电器的正常工作状态；对工作电压不大于6V的直流继电器来说，用串联光电耦合器的方法来检测其是否处于正常工作状态是不可取的。
根据上述的图1至图4所示的运算放大器电路具有斩波功能的原理，在加载到Vdj的电压知道后，通过调整Rb或Re的值，使流入I/Oc的电流不大甚至小到不足1mA时也能满足要求，从而实现了不适合使用光电耦合器件而又必须进行高压或隔离传导干扰的测量场合。
根据本发明实施例，还提供了一种测控设备，测控设备可以包括至少一个测控接口，其中，测控接口可以包括图1至图4所示的任意一种运算放大器。
根据前述可知，本发明实施例中的运算放大器电路具有无方向控制选择电路，随时都支持输入或输出操作，就算是印刷电路板即PCB已经制作定型，甚至也贴片、焊 接结束或已安装到现场设备中，也可以随意地变更为输入或输出，从而更显得比目前市场上的接口器件对智能测控产品的支持更具主动和有利，实现随时想要用某端口作为输入就可以用其作为输入、随时想要用某端口作为输出就可以用其作为输出，使智能产品更显智能性。
根据本发明实施例，还提供了一种驱动电路，该驱动电路可以作为输入驱动电路，该驱动电路可以用于驱动恒流工作的对象，如LED，该驱动电路可以包括图1至图4所示的任意一种运算放大器。图5是根据本发明实施例的LED驱动电路的结构示意图，如图5所示，该驱动电路可以包括：图1至图4所示的任意一种运算放大器Ⅰ；第一电阻分压器Rbdj，可调节端与运算放大器中的第一端口Vdj相连接，另一端与供电电源Vcc相连接，其中，被驱动LED阳极一端与供电电源Vcc相连接或与第四端口共地的电源如图6所示的Ve相连接，另一端与运算放大器中的第三端口I/Oc相连接；以及第二电阻分压器Redj，可调节端与运算放大器中的第二端口I/Oe相连接，另一端接地。第一电阻分压器Rbdj与Rb结合第二电阻分压器Redj与Re共同决定着流过被驱动对象的驱动电流的大小。
因LED是正温度系数器件，工作时需要使用具有限流功能的电路来驱动，保证流经LED的最大电流永远不会超过其允许的最大工作电流值。根据前述可知，本发明实施例中的运算放大器电路具有LED驱动电路的基本要求，可以用来驱动某些常用的LED发光二极管，如图5所示。
在图5中，调整LED的工作电流(即流经LED的电流)的方法可以是下列两种之一或同时使用下列两种方法：
第一种，当三极管Q的发射极E即端口I/Oe对地GND的电阻值一定时，通过调整加载到Vdj端口的电压的大小值来调整LED工作电流的大小值，图5中给Vdj提供可调整电压值的元件是一个电阻分压器，即可变电阻，从该电阻分压器分出来的电压值越大，流过LED的工作电流就越大，反之，从该电阻分压器分出来的电压值越小，流过LED的工作电流就越小。具体的分压值由LED工作时实际需要的工作电流值来决定。
第二种，当加载到Vdj的电压值一定时，通过调整并联到I/Oe端口上的电阻器Redj阻值的大小就可以相应地改变流经LED的电流的大小，把图5中Redj的阻值调小，流过LED的工作电流就会变大，反之，把图5中Redj的阻值调大，流过LED的工作电流就会变小。电阻器Redj的具体值由LED工作时实际需要的工作电流值来决定。
需要说明的是，图5中LED是被驱动的发光二极管，Rbdj和Redj均为变阻器，可用于调节LED的发光亮度，变阻器Rbdj和Redj在实际应用中既可以同时使用，又 可以单独使用其中任意一个，如果不需要调节亮度，则可以根据需要的亮度而把它们固定为某一恰当值，这一恰当值的取值范围是：Redj＞0，即I/Oe不能对地短路，Rbdj＜∞，即Vdj不要对Vcc断路。
根据本发明实施例，还提供了一种驱动器，该驱动器可以作为信息驱动器，该驱动器可以用于驱动电子图文显示屏，其中，电子图文显示屏包括至少一个驱动信号输入接口。图7是根据本发明实施例的电子图文显示屏驱动器的结构示意图，如图7所示，LED电子图文显示屏Ⅴ可以包括至少一个驱动信号输入接口，Ⅵ是LED电子图文显示屏的驱动信号输入接口，比如图7所示的08或12标准接口，根据不同的接口定义，可以通过修改引线进行排序。该电子图文显示屏的驱动器Ⅳ可以包括：驱动电路Ⅱ，与至少一个驱动信号输入接口相连接，其中，驱动电路Ⅱ包括至少一个图1至图4所示的任意一种运算放大器，至少一个图1至图4所示的任意一种运算放大器构成的陈列式结构集成电路；控制单元Ⅲ，与驱动电路Ⅱ相连接，用于控制驱动电路Ⅱ对电子图文显示屏的驱动过程，其中，控制单元Ⅲ可以是CPU，也可以是MCU；以及供电电源VCC，分别与驱动电路Ⅱ和控制单元Ⅲ相连接。
可选地，陈列式结构的驱动电路Ⅱ可以分别用于驱动多种标准接口的LED电子图文显示屏。图8是根据本发明实施例的陈列式驱动电路的结构示意图，如图8所示，驱动电路Ⅱ可以包括：电源端口，与供电电源相连接，其中，电源端口为至少一个运算放大器中的第一端口的共同端口，即Vdj端口，运算放大器的电流同相输入端口或电压反相输入端口对应于一个晶体管的基极端口；至少一个发射极端口，分别与控制单元Ⅲ相连接，其中，每个运算放大器的电流反相输入端口或电压同相输入端口对应一个发射极端口,即I/Oe1、I/Oe2、……、I/Oen；至少一个集电极端口，分别与至少一个驱动信号输入接口相连接，其中，每个运算放大器的输出端口对应一个集电极端口，即I/Oc1、I/Oc2、……、I/Ocn；以及接地端口，为至少一个运算放大器中的第四端口的共同端口，即GND端口。
驱动电路Ⅱ中各个基本单元的Vdj端口全部连接到同一个Vdj端口，各个基本单元的GND端口也全部连接到同一个GND端口，各个单元的I/Oe和I/Oc分别独立引出，形成陈列式结构的集成电路的I/Oe1、I/Oe2、……、I/Oen以及对应的I/Oc1、I/Oc2、……、I/Ocn，此处的单元数量可以为n＝2、3、……、32等。
根据本发明实施例，还提供了一种检测设备，该检测设备可以用于检测开关通断状态，该检测设备可以包括图1至图4所示的任意一种运算放大器，其中，运算放大器的第三端口作为信号输入端口，该检测设备还可以包括：作为被测对象的开关，一端通过信号输入端口与运算放大器的晶体管的集电极相连接，一端接地；以及限流电 阻，用于将开关的通断状态转变为电平信号的低高状态，其中，运算放大器的第三端口通过限流电阻可以与检测设备的供电电源或与第四端口共地的电源相连接。
以利用本发明实施例中的检测设备检测汽车喇叭开关通断状态为例，图9是根据本发明实施例的汽车喇叭开关状态的检测设备的结构示意图，如图9所示，该检测设备可以包括图1至图4所示的任意一种运算放大器Ⅰ，检测设备还可以包括：继电器Kj，一端与汽车供电电源Ve相连接，另一端与被测喇叭开关Ko的测量点P相连接，需要说明的是，此处的继电器Kj也可以具有限流电阻的作用，主要用于将汽车喇叭开关的通断状态转变为电平信号的低高状态；被测喇叭开关Ko，被测喇叭开关Ko的测量点P所在的一端分别与运算放大器中的第三端口I/Oc和继电器Kj相连接，另一端接地，其中，运算放大器的第一端口Vdj与检测设备的供电电源Vcc相连接。
图10是根据现有技术的一种汽车喇叭开关状态的检测设备的结构示意图，图11是根据现有技术的另一种汽车喇叭开关状态的检测设备的结构示意图，比较图10、图11与图9，可以得到本发明实施例的汽车喇叭开关状态的检测设备可以自动适应12V和24V供电系统的考试车辆。具体地：
图9至图11中的Ⅶ是释放电流小于10mA而吸合电流大于20mA的用于控制汽车喇叭的继电器Kj，Ko是安装在方向盘上的控制开关，按下方向盘上的控制开关Ko时汽车喇叭就会鸣响。P是检测采样点，当Ko接通时，P的电平为0，当Ko断开时，如果没有连接采样传感器，那么P的电平就会等于汽车供电系统的电压Ve。如果使用检测开关Ko是否被接通的方法来检测驾驶人是否按响了喇叭，那么：
如图10所示，Ⅷ是用于构成采集Ko状态的传感器的光电耦合器，Rc是此光电耦合器Ⅷ的输出端I/Oe的上拉电阻器，Ri是光电耦合器Ⅷ的输入端I/Oc的限流电阻器。使用图10中的光电耦合器Ⅷ来制作相应的检测传感器时，就要有约5mA的电流流过喇叭继电器Ⅶ进入传感器的取样端口I/Oc，而当喇叭继电器Ⅶ的释放电流小于10mA时，那么设计用于Ve＝12V的供电系统的传感器就不能用于Ve＝24V的供电系统上，不然就会有出现按响喇叭后继电器Ⅶ不能释放而导致喇叭长鸣的可能，反之把设计用于Ve＝24V的供电系统的传感器用于Ve＝12V的供电系统上，则流过喇叭继电器Ⅶ并通过取样端口I/Oc进入光电耦合器Ⅷ的电流就可能会小于3mA而出现检测不到按响喇叭的开关Ko的通断状态是否有变化。
如图11所示，Ri和Ro是构成分压型传感器的两个分压电阻，Ri的一端通过I/Oc直接连接到检测采样点P，其另一端与Ro连接，Ro的另一端直接连接到公共接地端GND，输出信号是Ro对地的电压，输出信号从直接连接到Ri与Ro的连接点的I/Oe进行输出。使用图11所示的电阻分压的方法来制作相应的检测传感器时，虽然可以保 证不会出现按响喇叭后继电器Ⅶ不能释放而导致喇叭长鸣的可能，但把设计用于Ve＝12V的供电系统的传感器用于Ve＝24V的供电系统上时，从其取样输出端口I/Oe输出的电压就会增大到200％，如此的检测信号就有可能导致相应的后级分析电路被损坏，反之若把设计用于Ve＝24V的供电系统的传感器用于Ve＝12V的供电系统上，则从其取样输出端口I/Oe输出的电压就会减小到50％，如此的检测信号就可能会出现检测不到按响喇叭的开关Ko的通断状态是否有变化。
如图9所示，使用本发明实施例的运算放大器电路来制作相应的检测传感器，因为它是恒流，且从取样端口I/Oc吸收的电流可以小到1mA以下，所以同样的取样硬件电路，不管是用在Ve＝12V还是Ve＝24V的供电系统，都能可靠地检测到Ko的通断状态且不会对前后级电路产生不良影响。
本发明实施例可以实现以下技术效果：
1、本发明实施例所述电路是一种不须要方向选择控制的同时可适应输入和输出双向接口电路，电路元器件少，结构简单，元器件生产工艺和应用技术成熟，易于集成化制造，产品推广应用方便，市场潜力大。
2、本发明实施例所述电路用于制作或改造已广泛地应用于测控领域需要的板卡时，比用其它元器件作接口电路而制作出来的板卡的用途更广、输入与输出之间的方向改变更加灵活，既便于产品研发，也便于实际应用。
3、由于本发明实施例所述电路不需要方向选择控制，所以作为接口器件时，不但可节约CPU或MCU的端口引脚资源，还可以节省软件开销和PCB板卡面积，降低整个应用系统的研发周期与生产成本以及维护费用。特别是当遇到某些输入或输出端口不够而同一系统中又有某些输出或输入具有足够的富余量时，或者是需要调整某些输入或输出端口的位置时，使用本发明实施例所述电路则不必要重新制作相应的应用板卡，而只需重新定义软件的端口与硬件的端口的映射关系就行了。
4、本发明实施例所述电路作为输入接口时，由于取样电流可调到小于1mA，甚至可以做到比微安级还要小，所以当应用于对有传导干扰噪声的高电压高阻抗信号进行取样时，相对于最少需要从采样点分流掉5mA左右电流的光电耦合输入端口而言，可明显地减少对信号源的影响。
5、本发明实施例所述电路用作智能产品的输入与输出端口时，由于没有方向选择的要求，因此可随意用作输入或输出，使产品更显得“智能”性更强，而软硬件开销却更少。
6、本发明实施例所述电路能够自动适应多种输入输出接口电路的要求，可以降低 研发和生产单位的仓储和管理成本，研发人员可以少钻研几种接口电路的性能、参数及应用技术,从而可以缩短周期。
7、本发明实施例所述电路可以对LED器件进行动态或静态驱动，从而可使接口电路应用到人机界面领域，让研发人员设计的产品的应用更加灵活、功能更加强大。
8、在驾驶人驾驶技能考试系统中应用时，使用本发明实施例所述的陈列式接口电路，通过相应的软件就可以把相同的硬件分别应用于采集车辆上的各种在驾考时须要用到的信号和驱动考试车辆的车顶上的LED电子图文信息屏幕。
9、本发明实施例所述电路在驾驶人驾驶技能考试系统中应用时，可以自动适应12V和24V供电系统的考试车辆，而用电阻限流或分压的采样方法则不一定具有自适应功能。
10、用本发明实施例所述电路来制作状态信号检测传感器，因其具有斩波作用，传导型干扰噪声可以被重度衰减，远远优于光电耦合器，因其具有限流作用，从输出端口I/Oe获得的输出电压恒定，对检测电压不超过I/Oc允许的最大值的电压信号，电压隔离作用接近光电耦合器，而分流影响远远优于光电耦合器。
11、把本发明实施例所述电路应用于制作微型控制器MCU或中央处理器CPU的输入输出端口时，其可承受的输入电平值可远高于其工作电压，从而可大大简化应用系统的外围电路结构。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明实施例的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。
以上所述仅是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明实施例的保护范围。

Claims (10)

  1. 一种运算放大器，包括晶体管，其中，所述运算放大器作为输入和/或输出接口，其中，所述运算放大器对应于一个晶体管时，所述晶体管的外部电路还包括：
    第一端口，通过第一电阻与所述晶体管的基极相连接；
    第二端口，与所述晶体管的发射极相连接；
    第三端口，与所述晶体管的集电极相连接；以及
    第四端口，通过第二电阻与所述晶体管的发射极相连接，作为信号输入与信号输出的公共端口。
  2. 根据权利要求1所述的运算放大器，其中，所述运算放大器还包括：
    第一二极管，与所述第一电阻串联，
    其中，所述第一二极管的阳极与所述第一电阻相连接，阴极与所述晶体管的基极相连接，或者
    所述第一二极管的阳极与所述第一端口相连接，阴极与所述第一电阻相连接。
  3. 根据权利要求1所述的运算放大器，其中，所述运算放大器还包括：
    第二二极管，阳极与所述晶体管的发射极相连接，阴极与所述第三端口相连接。
  4. 一种驱动接口，所述驱动接口为电流或者电压驱动接口，其中，所述驱动接口包括权利要求3所述的运算放大器，所述运算放大器的第一端口和第四端口悬空，驱动电流或者驱动电压从所述运算放大器的第二端口流入，经过所述运算放大器中的第二二极管从所述运算放大器中的第三端口流出，其中，所述运算放大器的第三端口与被驱动对象相连接。
  5. 一种测控设备，其中，包括至少一个测控接口，其中，所述测控接口为权利要求1至3中任一项所述的运算放大器。
  6. 一种驱动电路，所述驱动电路用于驱动LED，其中，所述驱动电路包括权利要求1至3中任一项所述的运算放大器，所述驱动电路还包括：
    第一电阻分压器，可调节端与所述运算放大器中的第一端口相连接，另一端与供电电源相连接，其中，被驱动LED阳极一端与所述供电电源或与第四端口共 地的电源相连接，另一端与所述运算放大器中的第三端口相连接；以及
    第二电阻分压器，可调节端与所述运算放大器中的第二端口相连接，另一端接地。
  7. 一种驱动器，所述驱动器用于驱动电子图文显示屏，其中，所述电子图文显示屏包括至少一个驱动信号输入接口，其中，所述驱动器包括：
    驱动电路，与所述至少一个驱动信号输入接口相连接，其中，所述驱动电路包括至少一个权利要求1至3中任一项所述的运算放大器；
    控制单元，与所述驱动电路相连接，用于控制所述驱动电路对所述电子图文显示屏的驱动过程；以及
    供电电源，分别与所述驱动电路和所述控制单元相连接。
  8. 根据权利要求7所述的驱动器，其中，所述驱动电路包括：
    电源端口，与所述供电电源相连接，其中，所述电源端口为所述至少一个运算放大器中的第一端口的共同端口，所述运算放大器的电流同相输入端口或电压反相输入端口对应于一个晶体管的基极端口；
    至少一个发射极端口，分别与所述控制单元相连接，其中，每个运算放大器的电流反相输入端口或电压同相输入端口对应一个晶体管的发射极端口；
    至少一个集电极端口，分别与所述至少一个驱动信号输入接口相连接，其中，每个运算放大器的输出端口对应一个集电极端口；以及
    接地端口，为所述至少一个运算放大器中的第四端口的共同端口。
  9. 一种检测设备，所述检测设备用于检测开关通断状态，其中，所述检测设备包括权利要求1至3中任一项所述的运算放大器，所述运算放大器的第三端口作为信号输入端口，所述检测设备还包括：
    作为被测对象的开关，一端通过所述信号输入端口与所述运算放大器的晶体管的集电极相连接，一端接地；以及
    限流电阻，用于将所述开关的通断状态转变为电平信号低高状态，其中，所述运算放大器的第三端口通过所述限流电阻与所述检测设备的供电电源或与第四端口共地的电源相连接。
  10. 一种传感器，所述传感器适用于检测宽电压波动范围的信号电平状态，其中，包括权利要求1至3中任一项所述的运算放大器，被检测的信号源与第三端口相连接，检测信号从第二端口输出，通过调节第二电阻或第一电阻控制所述晶体管从所述信号源分流的电流量。
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