CN107966608A - 一种采集双向电压信号的测量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明一种采集双向电压信号的测量电路,具体指一种电化学仪器等需要采集双向电压信号的测量电路,涉及双向电压信号的检测技术领域。本发明是一种采集双向电压信号的测量电路,由第一跟随器(1),第二跟随器(2),反向器(3),限幅电路(4),电子切换开关(5)及电源作电路连接。采用限幅电路结合反相器,将正负双向电压信号,在无衰减的情况下直接转换成电压正信号,便于单向输入ADC芯片的直接采集。本电路同样适合正负双向电压信号的采集,具有电路结构简单,测量精度高的特点,特别在电化学仪器产品领域有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及双向电压信号的检测技术领域,具体指一种电化学仪器等需要采集双向电压信号的测量电路。
背景技术
目前,大部分ADC芯片都是采用Σ△技术,只能采集正向电压,然而传感器给出的信号为正负电压信号,这就需要对电路做进一步的信号处理成ADC芯片可以直接读取的电压信号。目前常用的技术手段是把电压抬升以抵消负电压部分(如某仪电科学仪器股份有限公司的产品PHG-21D,自2005年以来一以贯之)。但这样如果幅度太大会超出ADC芯片的测量范围,只有把电压信号再进行比例缩小,才能达到ADC芯片的直接读取信号。这就有存在一个缺陷是信号的减小会损失信号的精度,不能达到高精度信号的测量问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足,提出一种不降低信号精度的情况下,采用单向电源ADC芯片直接采集双向电压信号的新型测量电路。
本发明基于传统的整流电路的基础上,通过限幅,采用电子切换开关进行方向的切换达到测量双向电压信号的目的。
本发明一种采集双向电压信号的测量电路的工作原理(如附图1所示)简述如下:
一种采集双向电压信号的测量电路,包括电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7,电容器C1、C2,二极管D1、D2,第一运算放大器U1,其中U1分为两路运放U1A和U1B,第二运算放大器U2,其中U2分为两路运放U2A和U2B,和电子切换开关及电源作电路连接。
其中,第一运算放大器U1A为第一跟随器,由电阻器R1、电容器C1和第一运算放大器U1A构成。
所述电阻器R1、电容器C1对于输入级Ui起到滤波缓冲作用,第一运算放大器U1A为第一跟随器,Ui为第一跟随器的输入,Ua为第一跟随器的输出,则Ua=Ui。
第一运算放大器U1B为反向器,由电阻器R2、R3、R4和第一运算放大器U1B构成。
所述电阻器R2、R3,根据电流电势的流向原理,电流从Ua经过R2,R3到Ub。根据运算放大器的虚地的概念,得知Ub=-Ua.
根据测量电子切换开关的1端与Ub端连接,2端与Uc端连接,3端与Ua端连接。
当电子切换开关的2端与3端接时,Uc=Ua;
当电子切换开关的2端与1端接时,Uc=Ub=-Ua。
第二运算放大器U2A为限幅电路,由电阻器R5、R6,二极管D1,D2和第二运算放大器U2A构成限幅电路。
当Uc>25mV时,第二运算放大器输出Ue<25mV,二极管D2截止,D1导通,由于存在虚地,Ud=25mV;当Uc<25mV时,第二运算放大器输出Ue>25mV,二极管D2导通,D1截止,电路呈反相运算状态,Ud=50-(R6/R5)*Uc。
当电子切换开关的2端与3端连接时,Uc=Ua=Ui,R5=R6,Uc<25mV时,Ui<25mV,Ud=50-(R6/R5)*Uc>25mV。
电路后续的ADC芯片可以直接读取到Ui的值。
当电子切换开关的2端与1端连接时,由R2=R3,得到Uc=Ub=-Ua=-Ui;由R5=R6,Uc>25mV时,Ui<-25mV,Ud=25mV。当电路后续的ADC读取到25mV时,把电子切换开关切换到2端与3端连接,电路后续的ADC芯片就可以直接读取到Ui的值。
第二运算放大器U2B为第二跟随器,由电阻器R7、电容器C2和第二运算放大器U2B构成第二跟随器。
所述电阻器R7、电容器C2起到滤波缓冲作用,第二运算放大器U2B为第二跟随器,Ud为第二跟随器的输入,Uo为第二跟随器的输出,则Uo=Ud。
综上所述,本发明一种采集双向电压信号的测量电路,采用限幅电路结合反相器,将正负双向电压信号,在无衰减的情况下直接转换成正电压信号,便于单向输入ADC芯片的直接采集。
附图说明
图1为本发明一种采集双向电压信号的测量电路框图;
图2为本发明实施例测量电路图;
图3为本发明实施例输入±1V测试的效果图;
图4为本发明实施例输出测试的效果图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
在pH计的应用测量电路(如附图1所示),包括由第一跟随器1,第二跟随器2,反向器3,限幅电路4,电子切换开关5及电源作电路连接。
其中,
所述第一跟随器1由电阻器R1、电容器C1和第一运算放大器U1A构成;
所述第二跟随器2由电阻器R7、电容器C2和第二运算放大器U2B构成;
所述反向器3由电阻器R2、R3、R4和第一运算放大器U1B构成;
所述限幅电路4由电阻器R5、R6,二极管D1,D2和第二运算放大器U2A构成。
其中,
所述第一跟随器1的输入端为Ui,输出端为Ua;
所述第二跟随器2输入端为Ud,输出端为Uo;
所述反向器3输入端为Ua,输出端为Ub;
所述限幅电路4的输入端为Uc,输出端为Ud。
所述电子切换开关5的2端与Uc端连接,1端与Ub连接,3端与Ua连接。
其中,Ui为-2.0V到2.0V;
R1为10M到200MΩ;
R2=R3,为2KΩ到100KΩ;
R4为1KΩ到50KΩ;
R5=R6,为2KΩ到100KΩ;
R7为100Ω到10KΩ;
VCC从3.3V到15V,-VCC从-3.3V到-15V。
实施例(如附图2所示),本电路中R1=100MΩ,C1=510pF;
U1和U2采用LMC6062运算放大器;
R2=R3=R5=R6=10KΩ,R4=5.1KΩ,R7=1KΩ,;
C2=100nF,电子切换开关5采用MAX4053。
当Ui=50mV时,电子切换开关5的2端与3端连接时,Uc=Ua=Ui=50mV;
由R5=R6=10KΩ,Uc>25mV时,Ud=25mV;
当电路中ADC读取到25mV时,把电子切换开关5切换到2端与1端连接,由R2=R3=10KΩ,Uc=Ub=-Ua=-Ui=-50mV,则Ud=50-(R6/R5)*Uc=100mV。
当Ui=-50mV时,电子切换开关5的2端与3端连接时,Uc=Ua=Ui=-50mV,R5=R6=10KΩ,Uc<25mV时,Ud=50-(R6/R5)*Uc=100mV。
从Ui输入-1.0V到1.0V,检测Uo。
其效果(如附图3、图4所示)。
综上所述,本发明是一种采集双向电压信号的测量电路,采用限幅电路结合反相器,将正负双向电压信号,在无衰减的情况下直接转换成电压正信号,便于单向输入ADC芯片的直接采集。本电路同样适合正负双向电压信号的采集,具有电路结构简单,测量精度高的特点,特别在电化学仪器产品领域有很大的应用前景。
Claims (4)
1.一种采集双向电压信号的测量电路,其特征在于,由第一跟随器(1),第二跟随器(2),反向器(3),限幅电路(4),电子切换开关(5)及电源作电路连接。
2.如权利要求1所述的一种采集双向电压信号的测量电路,其特征在于,所述第一跟随器(1)由电阻器R1、电容器C1和第一运算放大器U1A构成;
所述第二跟随器(2)由电阻器R7、电容器C2和第二运算放大器U2B构成;
所述反向器(3)由电阻器R2、R3、R4和第一运算放大器U1B构成;
所述限幅电路(4)由电阻器R5、R6,二极管D1,D2和第二运算放大器U2A构成。
3.如权利要求1所述的一种采集双向电压信号的测量电路,其特征在于,所述第一跟随器(1)的输入端为Ui,输出端为Ua;
所述第二跟随器(2)输入端为Ud,输出端为Uo;
所述反向器(3)输入端为Ua,输出端为Ub;
所述限幅电路(4)的输入端为Uc,输出端为Ud。
4.如权利要求1所述的一种采集双向电压信号的测量电路,其特征在于,所述电子切换开关(5)的1端与Ub端连接,2端与Uc端连接,3端与Ua端连接;
其中,当电子切换开关(5)的2端与3端接时,Uc=Ua;
当电子切换开关(5)的2端与1端接时,Uc=Ub=-Ua。
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