WO2017148044A1 - 增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置 - Google Patents

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voltage
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张正刚
杨志民
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上海鸣志自动控制设备有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters

Definitions

  • the invention relates to a signal acquisition circuit for single-supply power supply, in particular to a device for increasing an input voltage of an operational amplifier to compensate for an offset voltage of an operational amplifier.
  • the Input Signal is unidirectionally increased from 0V.
  • the Input Signal is a voltage signal
  • the voltage at the Va point is equal to the Input Signal voltage.
  • the Input Signal is a current signal, the Va point.
  • the voltage is equal to the Input Singnal current *RS.
  • the Vos curve shows the input-output voltage curve when Vos is 0
  • the Vos H curve shows the input-output voltage curve when the op amp offset voltage is maximum
  • the Vos L curve shows the input-output voltage curve when the op amp offset voltage is minimum. Since the single-supply voltage starts from 0V, the voltage at the A/D end of the MCU that collects the Vo point is always 0 when Va is less than or equal to Vos. That is, the disadvantage of this circuit is that the A/D of the MCU cannot detect the voltage at the Va point when Va is less than or equal to Vos.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus for increasing an op amp input voltage acquisition compensation op amp offset voltage in order to overcome the deficiencies of the prior art described above.
  • a device for increasing an input voltage of an operational amplifier to compensate for an offset voltage of an operational amplifier comprising: a voltage input terminal, an operational amplifier, and an MCU, wherein the device further comprises an adder and an auxiliary voltage input terminal, the adder input The terminals are respectively connected to the voltage input terminal and the auxiliary voltage input terminal, and the output terminal of the adder is connected to the positive input terminal of the operational amplifier, and the output terminal of the operational amplifier is connected to the MCU.
  • the auxiliary voltage input terminal is a voltage input terminal whose input voltage is greater than or equal to the negative offset voltage of the operational amplifier.
  • the device further comprises a resistor RS, one end of the resistor RS is connected to the voltage input end, and the other end is connected Ground.
  • a resistor RS one end of the resistor RS is connected to the voltage input end, and the other end is connected Ground.
  • the device further includes a resistor R2, one end of which is connected to the negative input terminal of the operational amplifier, and the other end is grounded.
  • the device further includes a resistor R1 connected at one end between the negative input terminal of the operational amplifier and the resistor R2, and the other end is connected to the output terminal of the operational amplifier.
  • the output of the operational amplifier is connected to the AD terminal of the MCU.
  • the present invention has the following advantages:
  • the signal acquisition range is wide, and the amplified signal whose input signal is smaller than the negative offset voltage of the operational amplifier can be collected.
  • the signal acquisition is more accurate.
  • the output voltage of the op amp amplified by the A/D of the MCU when the input signal is 0V and the output voltage of the op amp amplified when the input signal is greater than 0V are calculated by the MCU.
  • the input signal is amplified by the op amp so that the MCU can acquire an accurate input signal value.
  • This device can correct the problem of the output voltage drift of the operational amplifier caused by the long operating time of the operational amplifier and the drift of the offset voltage after aging.
  • this device can correct the offset voltage of the operational amplifier, the accuracy of the operational amplifier is not high, and a low-cost operational amplifier can be selected to reduce the cost.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a prior art solution.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a technical solution of the present invention.
  • Figure 5 is a flow chart of the MCU collecting 0V input signal voltage and collecting and calculating the actual input signal voltage.
  • a device for increasing an input voltage of an op amp to compensate for an offset voltage of an operational amplifier comprising: a voltage input terminal, an operational amplifier, an MCU, an adder, and an auxiliary voltage input terminal, wherein the adder input terminal and the voltage input terminal and the auxiliary voltage input respectively The terminal is connected, the output of the adder is connected to the positive input of the operational amplifier, and the output of the operational amplifier is connected to the AD terminal of the MCU.
  • the present invention uses an adder to increase the auxiliary voltage input terminal after the input signal voltage.
  • the voltage at the Vr point is superimposed with the voltage at the Va point as the voltage at the Vb point, as shown in FIG.
  • the voltage at the Vr point must be set to be greater than or equal to the negative offset voltage of the op amp, so that the minimum offset voltage of the op amp is consistent with the input and output voltage curve when Vos is 0, as shown in Figure 4, so that the curve of the input and output voltage is positive.

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Abstract

一种增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置，包括电压输入端、运算放大器、MCU，所述的装置还包括加法器和辅助电压输入端，所述的加法器输入端分别与电压输入端、辅助电压输入端连接，所述的加法器的输出端与运算放大器的正极输入端连接，所述的运算放大器的输出端与MCU的AD端连接。与现有技术相比，该装置具有信号采集范围广、信号采集更加准确等优点。

Description

增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置 技术领域
本发明涉及单电源供电的信号采集电路，尤其是涉及一种增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置。
背景技术
在单电源供电的信号采集电路中，如图1，Input Signal是从0V开始单向增大，当Input Signal为电压信号时Va点的电压等于Input Signal电压，当Input Signal为电流信号时Va点的电压等于Input Singnal电流*RS。Va电压经由运算放大器放大后理想的输出电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000001
但由于运算放大器失调电压Vos的存在，且Vos有正有负，当Vos为正时实际输出电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000002
当Vos为负时实际输出电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000003
如图2描述，Vos曲线表示Vos为0时输入输出电压的曲线，Vos H曲线表示运放失调电压最大时输入输出电压的曲线,Vos L曲线表示运放失调电压最小时输入输出电压的曲线，由于单电源供电电压是从0V开始，因此当Va小于等于Vos时MCU的A/D端采集到Vo点的电压一直为0。即此电路的缺点是当Va小于等于Vos时MCU的A/D无法检测出Va点的电压。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置，包括电压输入端、运算放大器、MCU，其特征在于，所述的装置还包括加法器和辅助电压输入端，所述的加法器输入端分别与电压输入端、辅助电压输入端连接，所述的加法器的输出端与运算放大器的正极输入端连接，所述的运算放大器的输出端与MCU连接。
优选地，所述的辅助电压输入端为输入电压大于等于运算放大器负向失调电压的电压输入端。
优选地，所述的装置还包括电阻RS，该电阻RS一端与电压输入端连接，另一端 接地。
优选地，所述的装置还包括电阻R2，该电阻R2一端与运算放大器负极输入端连接，另一端接地。
优选地，所述的装置还包括电阻R1，该电阻R1一端接在运算放大器负极输入端与电阻R2之间，另一端与运算放大器输出端连接。
优选地，所述的运算放大器的输出端与MCU的AD端连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)信号采集范围广，可以采集到输入信号小于运算放大器负向失调电压的放大信号。
2)信号采集更加准确，可以通过MCU的A/D采集输入信号为0V时的运算放大器放大后的输出电压和采集输入信号大于0V时的运算放大器放大后的输出电压，利用MCU计算出实际的输入信号经由运算放大器放大后的电压，使MCU能采集到准确的输入信号值。
3)此装置可以修正因运算放大器工作时间长，老化后失调电压飘移带来的运算放大器的输出电压飘移的问题。
4)由于此装置可以修正运算放大器的失调电压，对运算放大器的精度要求不高，可以选择成本低的运算放大器，来降低成本。
附图说明
图1为现有技术方案电路图。
图2为现有技术方案输入输出电压关系的曲线图。
图3为本发明技术方案电路图。
图4为本发明技术方案输入输出电压关系的曲线图。
图5为MCU采集0V输入信号电压，采集计算实际输入信号电压流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的 所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
一种增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置，包括电压输入端、运算放大器、MCU、加法器和辅助电压输入端，所述的加法器输入端分别与电压输入端、辅助电压输入端连接，所述的加法器的输出端与运算放大器的正极输入端连接，所述的运算放大器的输出端与MCU的AD端连接。
对于现有电路中当电压输入端Va的电压小于、运算放大器正极电压Vos时MCU的A/D无法检测出Va电压的缺点，本发明采用在输入信号电压后增加一个加法器使辅助电压输入端Vr点的电压与Va点的电压叠加为Vb点的电压，如图3。Vr点的电压须设置为大于等于运算放大器的负向失调电压，使运算放大器的最小失调电压值与Vos为0时的输入输出电压曲线一致，如图4，使得输入输出电压的曲线整体向正方向偏移。
此时经由运算放大器放大后理想的输出电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000004
即
Figure PCTCN2016086090-appb-000005
Figure PCTCN2016086090-appb-000006
当运算放大器失调电压Vos为正时实际输出电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000007
即
Figure PCTCN2016086090-appb-000008
当运算放大器失调电压Vos为负时实际输出电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000009
Figure PCTCN2016086090-appb-000010
即
Figure PCTCN2016086090-appb-000011
由于Vr电压大于等于运算放大器负向失调电压即Vr>|-Vos|,固MCU A/D采集到的Vo电压大于0V，此时MCU A/D采集到的为Va+Vr+Vos叠加放大后的电压。为了使MCU A/D采集到Va点放大后的实际电压，需要在Va等于0V时，采集Vo点的电压，此时运算放大器实际输出电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000012
当Va大于0V时MCU A/D采集Va点放大后的实际电压
Figure PCTCN2016086090-appb-000013
Figure PCTCN2016086090-appb-000014
通过此公式MCU可以计算出Va点放大后的实际电压，流程如图5。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

  1. 一种增加运放输入电压采集补偿运放失调电压的装置，包括电压输入端、运算放大器、MCU，其特征在于，所述的装置还包括加法器和辅助电压输入端，所述的加法器输入端分别与电压输入端、辅助电压输入端连接，所述的加法器的输出端与运算放大器的正极输入端连接，所述的运算放大器的输出端与MCU连接。
  2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的辅助电压输入端为输入电压大于等于运算放大器负向失调电压的电压输入端。
  3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电阻RS，该电阻RS一端与电压输入端连接，另一端接地。
  4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电阻R2，该电阻R2一端与运算放大器负极输入端连接，另一端接地。
  5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括电阻R1，该电阻R1一端接在运算放大器负极输入端与电阻R2之间，另一端与运算放大器输出端连接。
  6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的运算放大器的输出端与MCU的AD端连接。
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