弱電壓信號的遠距離傳輸電路的製作方法
2023-09-17 18:01:00
弱電壓信號的遠距離傳輸電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及信號傳輸電路，具體為弱電壓信號的遠距離傳輸電路。解決現有弱電壓信號的遠距離傳輸技術存在的前端處理電路阻抗大、傳輸電路的驅動能力不穩定等問題。該電路包括第一、第二、第三運放OA1、OA2、OA3，兩個第一電阻R1，第二電阻R2，第三電阻R3，第四電阻R4，兩個第五電阻R5和可調電阻RG；本發明能夠精確採集放大弱電壓信號，減少處理電路對弱電壓信號的幹擾，並將放大後的電壓信號轉換為電流信號，形成穩定的壓控電流源，從而實現弱電壓信號的遠距離傳輸和穩定驅動。此外，電路中採用的元器件均易於集成，既可用於電路設計環節，又可用於大批量集成製造。
【專利說明】弱電壓信號的遠距離傳輸電路
【技術領域】
[0001] 本發明涉及信號傳輸電路，具體為弱電壓信號的遠距離傳輸電路。
【背景技術】
[0002] 電壓信號源一般產生於傳感器內部，儀器儀表輸出和工業現場環境。通常情況下， 這些電壓信號的數量值都比較微弱，所以稱其為弱電壓信號。在對弱電壓信號進行遠距離 傳輸時，一般首先將其放大處理，然後再進行傳輸。處理電路通常具有一定的阻抗，這樣就 會對微弱的信號源形成衰減，使得測量信號呈現非完整性。傳輸電路的線路上通常存在一 定阻抗，這樣又會對傳輸過程中的信號造成衰減，進一步增加了原始信號的失真。目前，對 弱電壓信號的遠距離傳輸已有多種方案。但是，這些方案主要存在如下缺點：前端處理電 路有較大的阻抗，衰減了信號源；傳輸電路的驅動能力不穩定，給信號造成了一定程度的失 真。
【發明內容】
[0003] 本發明解決現有弱電壓信號的遠距離傳輸技術存在的問題：前端處理電路有較大 的阻抗，衰減了信號源；傳輸電路的驅動能力不穩定，給信號造成了一定程度的失真，提供 一種弱電壓信號的遠距離傳輸電路。該電路能夠精確採集放大弱電壓信號，並將放大後的 電壓信號轉換為電流信號，形成穩定的壓控電流源，從而實現弱電壓信號的遠距離傳輸。
[0004] 本發明是採用如下技術方案實現的：弱電壓信號的遠距離傳輸電路，包括第一、第 二、第三運放(^1、(^2、(^3，兩個第一電阻1?1，第二電阻1?2，第三電阻1?3，第四電阻1?4，兩個 第五電阻R5和可調電阻RG;第二運放0A2的同相端接地，第三運放0A3的同相端作為弱電 壓信號V(in)的輸入端，第二運放0A2的輸出端經一個第五電阻R5、可調電阻RG、另一個第 五電阻R5與第三運放0A3的輸出端相連，第二運放0A2和第三運放0A3的反相端分別與可 調電阻RG的兩端相連；第二運放0A2的輸出端經一個第一電阻Rl與第一運放OAl的反相 端相連，第三運放0A3的輸出端經另一個第一電阻Rl與第一運放OAl的同相端相連，第一 運放OAl的反相端經第二電阻R2與其輸出端相連，第一運放OAl的同相端經第三電阻R3、 第四電阻R4與其輸出端相連；第三電阻R3和第四電阻R4之間的節點作為轉換後的電流信 號I(out)的輸出端。
[0005] 該弱電壓信號遠距離傳輸電路的工作過程描述如下：整個電路分為兩個過程。第 一個過程：弱電壓信號的採集放大過程。在圖1所示的電路中，0A2, 0A3,R5,RG組成了高 輸入阻抗、低輸出阻抗的採集放大電路，通過對信號源進行緩衝，提供了較高的輸入阻抗， 有效減少了採集電路對信號源的幹擾和衰減；並能對信號源進行適當放大。第二個過程： 電壓轉換為電流。0A1，Rl，R2,R3,R4,RL組成了電壓-電流轉換電路。該電路由基本的差 分電路改進而來。改進一：將差分電路的"四電阻電橋"改進為"五電阻電橋"，降低了電路 的功耗。改進二：由"電壓轉換電壓"改進為"電壓轉換電流"。通過該電路的使用，可以實 現弱電壓信號的電流轉換，並提供較小的輸出阻抗，提高了驅動能力。其中，I(out)為轉換 後的電流信號，RL代表了傳輸導線的等效阻抗。
[0006] 圖2電路為圖1電路的左半部分即第一個過程的電路圖，圖2電路負責弱電壓信 號的採集放大。首先運算放大器0A2和0A3分別通過RG兩端電壓的反饋迴路形成負反饋， 保證了 0A2和0A3處於負反饋狀態，並能提供虛短路和虛斷路的能力；由於虛短路特點，0A2 和0A3同相端的弱電壓信號跨接在RG兩端。根據虛斷路特點，可以得到V1、V2 (第二和第 三運放的輸出端電壓）和V(in)的電壓關係如下所示：
【權利要求】
1. 一種弱電壓信號的遠距離傳輸電路，其特徵在於，包括第一、第二、第三運放（OAl、 0A2、0A3)，兩個第一電阻（R1)，第二電阻（R2)，第三電阻（R3)，第四電阻（R4)，兩個第五電 阻（R5)和可調電阻（RG);第二運放（0A2)的同相端接地，第三運放（0A3)的同相端作為弱 電壓信號V(in)的輸入端，第二運放（0A2)的輸出端經一個第五電阻（R5)、可調電阻（RG)、 另一個第五電阻（R5)與第三運放（0A3)的輸出端相連,第二運放（0A2)和第三運放（0A3) 的反相端分別與可調電阻（RG)的兩端相連；第二運放（0A2)的輸出端經一個第一電阻（Rl) 與第一運放（OAl)的反相端相連，第三運放（0A3)的輸出端經另一個第一電阻（Rl)與第一 運放（OAl)的同相端相連，第一運放（OAl)的反相端經第二電阻（R2)與其輸出端相連，第一 運放（OAl)的同相端經第三電阻（R3)、第四電阻（R4)與其輸出端相連；第三電阻（R3)和第 四電阻（R4)之間的節點作為轉換後的電流信號I (out)的輸出端。
2. 根據權利要求1所述的弱電壓信號的遠距離傳輸電路，其特徵在於，第二電阻（R2) 的阻值等於第三電阻（R3)和第四電阻（R4)的和。
【文檔編號】G08C19/00GK104318751SQ201410626970
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】馬維青, 焦再強, 薛東升 申請人:國家電網公司, 國網山西省電力公司陽泉供電公司