專利名稱：帶隔離的i/v變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于模擬信號隔離處理領(lǐng)域，具體涉及一種帶隔離的I/V變換電路。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)應(yīng)用場所，尤其是工業(yè)現(xiàn)場中，一般采用4 20mA (或0 20mA)電流信號作為信號傳輸?shù)姆绞?，而?shù)字系統(tǒng)前端A/D模塊的輸入電壓范圍是0 5V。因此，在接收電流信號時，要將電流信號先變換成電壓信號，然后才能送往A/D轉(zhuǎn)換模塊。這中間要有一個電流到電壓(即I/V)的變換電路，這種變換電路主要有兩類，即無源I/V變換電路和有源I/V變換電路。無源I/V變換電路主要是利用無源器件電阻來實現(xiàn)，并加濾波和輸出限幅等保護措施。而有源的主要則是利用有源器件運算放大器和電阻組成，利用運算放大器對輸入信號進行放大。由于接收的電流信號一般會帶來干擾，這不利于后端電路的數(shù)字化處理，現(xiàn)在常用的處理措施是在電路中加入光耦隔離電路。光耦是一種把發(fā)光元件和光敏元件封裝在同一個外殼內(nèi)組合而成的以光為媒介傳輸信號的光電轉(zhuǎn)換器件，它實現(xiàn)了電-光-電的轉(zhuǎn)換。由于沒有直接的電氣連接，外界干擾無法影響后續(xù)處理電路，這樣就有力地抑制了尖峰脈沖和其它噪聲的干擾，使系統(tǒng)的性能得到有效的改善。但是光耦實際上是一種非線性器件，即使是線性光耦，生產(chǎn)廣家也沒有給出精確的輸入輸出之間的線性關(guān)系式，這就導(dǎo)致直接用光耦來傳遞模擬量時的精確度較差，因此，光耦直接用于隔離傳輸模擬量時，要考慮其非線性問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種帶隔離的I/V變換電路。本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是帶隔離的I/V變換電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、 第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第一濾波電容 Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3、第四濾波電容C4、第五濾波電容C5、第六濾波電容 C6、第七濾波電容C7、第一光耦U1A、第二光耦U1B、第一運算放大器U2A、第二運算放大器 U2B和第三運算放大器U2C。第一電阻Rl —端作為I/V變換電路信號輸入端接輸入信號，另一端接第一光耦 UlA的二極管正極，第一光耦UlA的二極管負極接地；第一光耦UlA的光敏管集電極、第二電阻R2的一端以及第三電阻R3的一端與第一運算放大器U2A正向輸入端連接，第一光耦 UlA的光敏管發(fā)射極接地，第二電阻R2的另一端、第三電阻R3的另一端接+5V電源；第一運算放大器U2A輸出端與第四電阻R4的一端、第三濾波電容C3的一端、第七電阻R7的一端連接，第四電阻R4的另一端、第三濾波電容C3的另一端、第八電阻R8的一端接第二光耦 UlB的二極管正極，第二光耦UlB的二極管負極接地；第二光耦UlB的光敏管集電極與第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端、第一運算放大器U2A負向輸入端連接，第二光耦UlB的光敏管發(fā)射極接地；第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的另一端接+5V電源。第七電阻R7的另一端、第九電阻R9的一端、第四濾波電容C4的一端、第五濾波電容C5的一端與第二運算放大器U2B負向輸入端連接，第九電阻R9的另一端、第五濾波電容 C5的另一端接地；第八電阻R8的另一端、第四濾波電容C4的另一端、第十電阻RlO的一端、 第六濾波電容C6的一端與第二運算放大器U2B正向輸入端連接，第十電阻RlO的另一端、 第六濾波電容C6的另一端、第十二電阻R12的一端與第二運算放大器U2B輸出端連接；第十二電阻R12的另一端、第七濾波電容C7的一端、第十四電阻R14的一端與第三運算放大器U2C負向輸入端連接，第七濾波電容C7的另一端、第十四電阻R14的另一端、第十五電阻 R15的一端接地；第i^一電阻Rll的一端接1. 25V電源，第i^一電阻Rll的另一端、第十三電阻R13的一端與第三運算放大器U2C正向輸入端連接；第十三電阻R13的另一端、第十五電阻R15的另一端與第三運算放大器U2C輸出端連接，作為I/V變換電路的輸出。所述的第一運算放大器U2A、第二運算放大器U2B和第三運算放大器U2C集成在同一芯片LM224AD中，第一濾波電容Cl的一端、第二濾波電容C2的一端接地，第一濾波電容 Cl的另一端、第二濾波電容C2的另一端、芯片LM224AD的供電端接+9V電源。所述的第一光耦UlA與第二光耦UlB集成在同一芯片TLP521-2中。本實用新型的主要特點是將兩個傳輸特性是非線性的光耦的集電極分別引到運放的兩個輸入端，利用運放的虛短原理，消除了光耦的非線性，使輸入電流經(jīng)過隔離后精確地傳輸?shù)讲蓸与娮枭?，采樣電阻上的壓差再?jīng)過差分運放轉(zhuǎn)變成和輸入電流成比例的電壓信號。該電路經(jīng)過實際測量，精度很高，且電路簡單、成本低、容易實現(xiàn)。

圖1是本實用新型的電路圖中的第一部分；圖2是本實用新型的電路圖中的第二部分。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。如圖1和圖2所示，帶隔離的I/V變換電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14和第十五電阻 R15、第一濾波電容Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3、第四濾波電容C4、第五濾波電容 C5、第六濾波電容C6、第七濾波電容C7、第一光耦U1A、第二光耦U1B、第一運算放大器U2A、 第二運算放大器U2B和第三運算放大器U2C。第一電阻Rl —端作為I/V變換電路信號輸入端接輸入信號，另一端接第一光耦 UlA的二極管正極，第一光耦UlA的二極管負極接地；第一光耦UlA的光敏管集電極、第二電阻R2的一端以及第三電阻R3的一端與第一運算放大器U2A正向輸入端連接，第一光耦 UlA的光敏管發(fā)射極接地，第二電阻R2的另一端、第三電阻R3的另一端接+5V電源；第一運算放大器U2A輸出端與第四電阻R4的一端、第三濾波電容C3的一端、第七電阻R7的一端連接，第四電阻R4的另一端、第三濾波電容C3的另一端、第八電阻R8的一端接第二光耦 UlB的二極管正極，第二光耦UlB的二極管負極接地；第二光耦UlB的光敏管集電極與第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端、第一運算放大器U2A負向輸入端連接，第二光耦UlB 的光敏管發(fā)射極接地；第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的另一端接+5V電源。第一電阻Rl的阻值為100Ω，起限流的作用。第二電阻R2、第三電阻R3的阻值都為100 Ω，兩個并聯(lián)在一起，相當于50 Ω (代替一個50 Ω的電阻)，起限流作用。第三濾波電容C3的容量值為0. IuF0第四電阻R4的阻值為250 Ω，并且要確保其阻值誤差在
以內(nèi)，作為采樣電阻。第一光耦UlA的二極管負極接地端要與其他器件的接地端獨立，起到電流隔離的作用。第五電阻R5、第六電阻R6的阻值都為100Ω，兩個并聯(lián)在一起，相當于50Ω (代替50Ω的電阻)，起限流作用。第一光耦UlA的光敏管集電極輸出信號接入第一運算放大器U2A的正向輸入端，第二光耦UlB的光敏管集電極輸出反饋到第一運算放大器U2A負向輸入端，根據(jù)運算放大器負反饋電路的原理，第一運算放大器U2A負向輸入端的電壓自動跟蹤其正向輸入端的電壓，使電路輸入端電流與第四電阻R4上的電流相等。由于受到器件特性的影響，第四電阻R4每一端對地的電壓不確定，但是其兩端的電壓差是確定的，即為VA-VB= INX R4 (1)第七電阻R7的另一端、第九電阻R9的一端、第四濾波電容C4的一端、第五濾波電容C5的一端與第二運算放大器U2B負向輸入端連接，第九電阻R9的另一端、第五濾波電容 C5的另一端接地；第八電阻R8的另一端、第四濾波電容C4的另一端、第十電阻RlO的一端、 第六濾波電容C6的一端與第二運算放大器U2B正向輸入端連接，第十電阻RlO的另一端、 第六濾波電容C6的另一端、第十二電阻R12的一端與第二運算放大器U2B輸出端連接；第十二電阻R12的另一端、第七濾波電容C7的一端、第十四電阻R14的一端與第三運算放大器U2C負向輸入端連接，第七濾波電容C7的另一端、第十四電阻R14的另一端、第十五電阻 R15的一端接地；第i^一電阻Rll的一端接1. 25V電源，第i^一電阻Rll的另一端、第十三電阻R13的一端與第三運算放大器U2C正向輸入端連接；第十三電阻R13的另一端、第十五電阻R15的另一端與第三運算放大器U2C輸出端連接，作為I/V變換電路的輸出。第四濾波電容C4、第五濾波電容C5、第六濾波電容C6的容量均為0. luF，它們的作用是使得與之并聯(lián)的器件兩端的電壓穩(wěn)定。第七電阻R7、第九電阻R9阻值分別為16ΚΩ、 20ΚΩ，起分壓作用。第八電阻R8的阻值為16ΚΩ，起限流作用。第十電阻RlO的阻值為 20ΚΩ，起反饋電壓的作用。這些電容器件、電阻器件與運算放大器一起組成差分放大電路， 將第四電阻R4兩端的電壓差輸出放大。具體過程如下由于第九電阻R9的分壓作用，第二運算放大器U2B負向輸入端電壓Vl為[0020]
權(quán)利要求1.帶隔離的I/V變換電路，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、 第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第一濾波電容 Cl、第二濾波電容C2、第三濾波電容C3、第四濾波電容C4、第五濾波電容C5、第六濾波電容 C6、第七濾波電容C7、第一光耦U1A、第二光耦U1B、第一運算放大器U2A、第二運算放大器 U2B和第三運算放大器U2C，其特征在于第一電阻Rl —端作為I/V變換電路信號輸入端接輸入信號，另一端接第一光耦UlA的二極管正極，第一光耦UlA的二極管負極接地；第一光耦UlA的光敏管集電極、第二電阻R2 的一端以及第三電阻R3的一端與第一運算放大器U2A正向輸入端連接，第一光耦UlA的光敏管發(fā)射極接地，第二電阻R2的另一端、第三電阻R3的另一端接+5V電源；第一運算放大器U2A輸出端與第四電阻R4的一端、第三濾波電容C3的一端、第七電阻R7的一端連接，第四電阻R4的另一端、第三濾波電容C3的另一端、第八電阻R8的一端接第二光耦UlB的二極管正極，第二光耦UlB的二極管負極接地；第二光耦UlB的光敏管集電極與第五電阻R5 的一端、第六電阻R6的一端、第一運算放大器U2A負向輸入端連接，第二光耦UlB的光敏管發(fā)射極接地；第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的另一端接+5V電源；第七電阻R7的另一端、第九電阻R9的一端、第四濾波電容C4的一端、第五濾波電容C5 的一端與第二運算放大器U2B負向輸入端連接，第九電阻R9的另一端、第五濾波電容C5的另一端接地；第八電阻R8的另一端、第四濾波電容C4的另一端、第十電阻RlO的一端、第六濾波電容C6的一端與第二運算放大器U2B正向輸入端連接，第十電阻RlO的另一端、第六濾波電容C6的另一端、第十二電阻R12的一端與第二運算放大器U2B輸出端連接；第十二電阻R12的另一端、第七濾波電容C7的一端、第十四電阻R14的一端與第三運算放大器U2C 負向輸入端連接，第七濾波電容C7的另一端、第十四電阻R14的另一端、第十五電阻R15的一端接地；第十一電阻Rll的一端接1. 25V電源，第十一電阻Rll的另一端、第十三電阻R13 的一端與第三運算放大器U2C正向輸入端連接；第十三電阻R13的另一端、第十五電阻R15 的另一端與第三運算放大器U2C輸出端連接，作為I/V變換電路的輸出；所述的第一運算放大器U2A、第二運算放大器U2B和第三運算放大器U2C集成在同一芯片LM224AD中，第一濾波電容Cl的一端、第二濾波電容C2的一端接地，第一濾波電容Cl 的另一端、第二濾波電容C2的另一端、芯片LM224AD的供電端接+9V電源； 所述的第一光耦UlA與第二光耦UlB集成在同一芯片TLP521-2中。
專利摘要本實用新型涉及一種帶隔離的I/V變換電路?，F(xiàn)有的電路在信號傳遞過程中存在非線性問題。本實用新型是將兩個傳輸特性是非線性的光耦的集電極分別引到運放的兩個輸入端，利用運放的虛短原理，消除光耦的非線性，使輸入電流經(jīng)過隔離后精確地傳輸?shù)讲蓸与娮枭?，采樣電阻上的壓差再?jīng)過差分運放轉(zhuǎn)變成和輸入電流成比例的電壓信號。本實用新型電路精度高且電路簡單、成本低、容易實現(xiàn)。
文檔編號H03K19/14GK201947245SQ20102059109
公開日2011年8月24日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者付華圓, 李慧, 薛安克, 鄒洪波, 魯仁全 申請人:杭州電子科技大學(xué)