一种高精度带隔离的Ｉ／Ｖ变换电路制造技术

本发明专利技术涉及一种高精度带隔离的Ｉ／Ｖ变换电路。现有的电路在信号传递过程中存在非线性问题。本发明专利技术是将两个传输特性是非线性的光耦的集电极分别引到运放的两个输入端，利用运放的虚短原理，消除光耦的非线性，使输入电流经过隔离后精确地传输到采样电阻上，采样电阻上的压差再经过差分运放转变成和输入电流成比例的电压信号。本发明专利技术电路精度高且电路简单、成本低、容易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模拟信号隔离处理领域，具体涉及一种高精度带隔离的I/V变换电路。
技术介绍
在大多数应用场所，尤其是工业现场中，一般采用4 20mA (或0 20mA)电流信 号作为信号传输的方式，而数字系统前端A/D模块的输入电压范围是0 5V。因此，在接 收电流信号时，要将电流信号先变换成电压信号，然后才能送往A/D转换模块。这中间要 有一个电流到电压(即I/V)的变换电路，这种变换电路主要有两类，即无源I/V变换电路 和有源I/V变换电路。无源I/V变换电路主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输 出限幅等保护措施。而有源的主要则是利用有源器件运算放大器和电阻组成，利用运算放 大器对输入信号进行放大。由于接收的电流信号一般会带来干扰，这不利于后端电路的数 字化处理，现在常用的处理措施是在电路中加入光耦隔离电路。光耦是一种把发光元件和 光敏元件封装在同一个外壳内组合而成的以光为媒介传输信号的光电转换器件，它实现了 电-光-电的转换。由于没有直接的电气连接，外界干扰无法影响后续处理电路，这样就有 力地抑制了尖峰脉冲和其它噪声的干扰，使系统的性能得到有效的改善。但是光耦实际上 是一种非线性器件，即使是线性光耦，生产广家也没有给出精确的输入输出之间的线性关 系式，这就导致直接用光耦来传递模拟量时的精确度较差，因此，光耦直接用于隔离传输模 拟量时，要考虑其非线性问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种高精度带隔离的I/V变换电路。本专利技术 解决技术问题所采用的技术方案是一种高精度带隔离的I/V变换电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、 第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻 R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第 一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第 六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第一光耦U1A、第二光耦U1B、第一运算放大器U2A、第二运 算放大器U2B和第三运算放大器U2C。第一电阻Rl —端作为I/V变换电路信号输入端接输入信号，另一端接第一光耦 UlA的二极管正极，第一光耦UlA的二极管负极接地；第一光耦UlA的光敏管集电极、第二 电阻R2的一端以及第三电阻R3的一端与第一运算放大器U2A正向输入端连接，第一光耦 UlA的光敏管发射极接地，第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端接+5V电源；第一 运算放大器U2A输出端与第四电阻R4的一端、第三滤波电容C3的一端、第七电阻R7的一 端连接，第四电阻R4的另一端、第三滤波电容C3的另一端、第八电阻R8的一端接第二光耦 UlB的二极管正极，第二光耦UlB的二极管负极接地；第二光耦UlB的光敏管集电极与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第一运算放大器U2A负向输入端连接，第二光耦UlB 的光敏管发射极接地；第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端接+5V电源。第七电阻R7的另一端、第九电阻R9的一端、第四滤波电容C4的一端、第五滤波电 容C5的一端与第二运算放大器U2B负向输入端连接，第九电阻R9的另一端、第五滤波电容 C5的另一端接地；第八电阻R8的另一端、第四滤波电容C4的另一端、第十电阻RlO的一端、 第六滤波电容C6的一端与第二运算放大器U2B正向输入端连接，第十电阻RlO的另一端、 第六滤波电容C6的另一端、第十二电阻R12的一端与第二运算放大器U2B输出端连接；第 十二电阻R12的另一端、第七滤波电容C7的一端、第十四电阻R14的一端与第三运算放大 器U2C负向输入端连接，第七滤波电容C7的另一端、第十四电阻R14的另一端、第十五电阻 R15的一端接地；第i^一电阻Rll的一端接1. 25V电源，第i^一电阻Rll的另一端、第十三 电阻R13的一端与第三运算放大器U2C正向输入端连接；第十三电阻R13的另一端、第十五 电阻R15的另一端与第三运算放大器U2C输出端连接，作为I/V变换电路的输出。所述的第一运算放大器U2A、第二运算放大器U2B和第三运算放大器U2C集成在同 一芯片LM224AD中，第一滤波电容Cl的一端、第二滤波电容C2的一端接地，第一滤波电容 Cl的另一端、第二滤波电容C2的另一端、芯片LM224AD的供电端接+9V电源。所述的第一光耦UlA与第二光耦UlB集成在同一芯片TLP521-2中。本专利技术的主要特点是将两个传输特性是非线性的光耦的集电极分别引到运放的 两个输入端，利用运放的虚短原理，消除了光耦的非线性，使输入电流经过隔离后精确地 传输到采样电阻上，采样电阻上的压差再经过差分运放转变成和输入电流成比例的电压信 号。该电路经过实际测量，精度很高，且电路简单、成本低、容易实现。附图说明图1是本专利技术的电路图。 具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作进一步描述。如图1所示，一种高精度带隔离的I/V变换电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第 三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、 第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五 电阻R15、第一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波 电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第一光耦U1A、第二光耦U1B、第一运算放大器 U2A、第二运算放大器U2B和第三运算放大器U2C。第一电阻Rl —端作为I/V变换电路信号输入端接输入信号，另一端接第一光耦 UlA的二极管正极，第一光耦UlA的二极管负极接地；第一光耦UlA的光敏管集电极、第二 电阻R2的一端以及第三电阻R3的一端与第一运算放大器U2A正向输入端连接，第一光耦 UlA的光敏管发射极接地，第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端接+5V电源；第一 运算放大器U2A输出端与第四电阻R4的一端、第三滤波电容C3的一端、第七电阻R7的一 端连接，第四电阻R4的另一端、第三滤波电容C3的另一端、第八电阻R8的一端接第二光耦 UlB的二极管正极，第二光耦UlB的二极管负极接地；第二光耦UlB的光敏管集电极与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第一运算放大器U2A负向输入端连接，第二光耦UlB 的光敏管发射极接地；第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端接+5V电源。第一电阻Rl的阻值为100Ω，起限流的作用。第二电阻R2、第三电阻R3的阻值 都为100 Ω，两个并联在一起，相当于50 Ω (代替一个50 Ω的电阻)，起限流作用。第三滤 波电容C3的容量值为0. IuF0第四电阻R4的阻值为250 Ω，并且要确保其阻值误差在以内，作为采样电阻。第一光耦UlA的二极管负极接地端要与其他器件的接地端独立，起 到电流隔离的作用。第五电阻R5、第六电阻R6的阻值都为100Ω，两个并联在一起，相当 于50Ω (代替50Ω的电阻)，起限流作用。第一光耦UlA的光敏管集电极输出信号接入第 一运算放大器U2A的正向输入端，第二光耦UlB的光敏管集电极输出反馈到第一运算放大 器U2A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度带隔离的Ｉ／Ｖ变换电路，包括第一电阻Ｒ１、第二电阻Ｒ２、第三电阻Ｒ３、第四电阻Ｒ４、第五电阻Ｒ５、第六电阻Ｒ６、第七电阻Ｒ７、第八电阻Ｒ８、第九电阻Ｒ９、第十电阻Ｒ１０、第十一电阻Ｒ１１、第十二电阻Ｒ１２、第十三电阻Ｒ１３、第十四电阻Ｒ１４、第十五电阻Ｒ１５、第一滤波电容Ｃ１、第二滤波电容Ｃ２、第三滤波电容Ｃ３、第四滤波电容Ｃ４、第五滤波电容Ｃ５、第六滤波电容Ｃ６、第七滤波电容Ｃ７、第一光耦Ｕ１Ａ、第二光耦Ｕ１Ｂ、第一运算放大器Ｕ２Ａ、第二运算放大器Ｕ２Ｂ和第三运算放大器Ｕ２Ｃ，其特征在于：第一电阻Ｒ１一端作为Ｉ／Ｖ变换电路信号输入端接输入信号，另一端接第一光耦Ｕ１Ａ的二极管正极，第一光耦Ｕ１Ａ的二极管负极接地；第一光耦Ｕ１Ａ的光敏管集电极、第二电阻Ｒ２的一端以及第三电阻Ｒ３的一端与第一运算放大器Ｕ２Ａ正向输入端连接，第一光耦Ｕ１Ａ的光敏管发射极接地，第二电阻Ｒ２的另一端、第三电阻Ｒ３的另一端接＋５Ｖ电源；第一运算放大器Ｕ２Ａ输出端与第四电阻Ｒ４的一端、第三滤波电容Ｃ３的一端、第七电阻Ｒ７的一端连接，第四电阻Ｒ４的另一端、第三滤波电容Ｃ３的另一端、第八电阻Ｒ８的一端接第二光耦Ｕ１Ｂ的二极管正极，第二光耦Ｕ１Ｂ的二极管负极接地；第二光耦Ｕ１Ｂ的光敏管集电极与第五电阻Ｒ５的一端、第六电阻Ｒ６的一端、第一运算放大器Ｕ２Ａ负向输入端连接，第二光耦Ｕ１Ｂ的光敏管发射极接地；第五电阻Ｒ５的另一端、第六电阻Ｒ６的另一端接＋５Ｖ电源；第七电阻Ｒ７的另一端、第九电阻Ｒ９的一端、第四滤波电容Ｃ４的一端、第五滤波电容Ｃ５的一端与第二运算放大器Ｕ２Ｂ负向输入端连接，第九电阻Ｒ９的另一端、第五滤波电容Ｃ５的另一端接地；第八电阻Ｒ８的另一端、第四滤波电容Ｃ４的另一端、第十电阻Ｒ１０的一端、第六滤波电容Ｃ６的一端与第二运算放大器Ｕ２Ｂ正向输入端连接，第十电阻Ｒ１０的另一端、第六滤波电容Ｃ６的另一端、第十二电阻Ｒ１２的一端与第二运算放大器Ｕ２Ｂ输出端连接；第十二电阻Ｒ１２的另一端、第七滤波电容Ｃ７的一端、第十四电阻Ｒ１４的一端与第三运算放大器Ｕ２Ｃ负向输入端连接，第七滤波电容Ｃ７的另一端、第十四电阻Ｒ１４的另一端、第十五电阻Ｒ１５的一端接地；第十一电阻Ｒ１１的一端接１．２５Ｖ电源，第十一电阻Ｒ１１的另一端、第十三电阻Ｒ１３的一端与第三运算放大器Ｕ２Ｃ正向输入端连接；第十三电阻Ｒ１３的另一端、第十五电阻Ｒ１５的另一端与第三运算放大器Ｕ...

【技术特征摘要】
1. 一种高精度带隔离的Ι/ν变换电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、 第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻 R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第 一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第 六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第一光耦U1A、第二光耦U1B、第一运算放大器U2A、第二运 算放大器U2B和第三运算放大器U2C，其特征在于第一电阻Rl —端作为I/V变换电路信号输入端接输入信号，另一端接第一光耦UlA的 二极管正极，第一光耦UlA的二极管负极接地；第一光耦UlA的光敏管集电极、第二电阻R2 的一端以及第三电阻R3的一端与第一运算放大器U2A正向输入端连接，第一光耦UlA的光 敏管发射极接地，第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端接+5V电源；第一运算放大 器U2A输出端与第四电阻R4的一端、第三滤波电容C3的一端、第七电阻R7的一端连接，第 四电阻R4的另一端、第三滤波电容C3的另一端、第八电阻R8的一端接第二光耦UlB的二 极管正极，第二光耦UlB的二极管负极接地；第二光耦UlB的光敏管集电极与第五电阻R5 的一端、第六电阻R6的一端、第一运算放大器U2A负向输入端连接，第二光耦UlB的光敏管 发射极接地；第五电...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁仁全，李慧，邹洪波，薛安克，付华圆，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]