[實(shí)用新型]一種直流模擬量輸出的電子電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520329593.6
• 申請(qǐng)日: 2015-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN204856101U
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳一先;陳力;王蘇斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州東益福電氣股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 杭州天欣專利事務(wù)所(普通合伙) 33209
• 代理人: 董力平

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種直流模擬量輸出的電子電路，主要應(yīng)用在工礦企業(yè)、樓宇等輸配電設(shè)備或工業(yè)場(chǎng)合參量監(jiān)測(cè)設(shè)備中，特別對(duì)于被監(jiān)測(cè)量值的測(cè)量精度要求非常高的場(chǎng)所。

背景技術(shù)

4–20mA直流模擬量輸出廣泛用作工業(yè)領(lǐng)域的模擬通信接口，可以方便地通過雙絞線將遠(yuǎn)端傳感器數(shù)據(jù)傳送到控制中心的可編程邏輯控制器（PLC）。這種接口簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)距離可靠傳輸，具有良好的抗噪性，實(shí)施成本較低，非常適合長(zhǎng)期的工業(yè)過程控制以及遠(yuǎn)端自動(dòng)監(jiān)測(cè)。為工業(yè)場(chǎng)合開發(fā)的設(shè)備通常情況下都會(huì)具有4-20mA輸出接口，現(xiàn)有技術(shù)多采用外加一塊獨(dú)立的DAC芯片實(shí)現(xiàn)模擬量的控制，或者采用PWM+電容濾波電路來摸擬DA，這種硬件電路，不但增加了硬件配置的復(fù)雜性，也帶來溫漂和長(zhǎng)期穩(wěn)定性問題，從而不能正確、快速地反應(yīng)出被檢測(cè)量。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，降低了設(shè)備成本和故障點(diǎn)，精度高、穩(wěn)定性好、漂移小以及編程方便的直流模擬量輸出的電子電路。

本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：該直流模擬量輸出的電子電路，其特征在于：包括高線性模擬光電耦合器、電流環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)三極管、一級(jí)運(yùn)算放大器、二級(jí)運(yùn)算放大器、三級(jí)運(yùn)算放大器、第二電阻、第五電阻和具有自帶的DAC的混合信號(hào)微控制器，混合信號(hào)微控制器通過第二電阻分別接第一運(yùn)算放大器和高線性模擬光電耦合器，高線性模擬光電耦合器接二級(jí)運(yùn)算放大器，二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端接三級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端，三級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端通過第五電阻與電流環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)三極管的第一引線腳連接，電流環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)三極管的第二引線腳與三級(jí)運(yùn)算放大器的反向輸入端連接。混合信號(hào)微控制器通過內(nèi)部高速計(jì)算，得出4~20mA輸出所對(duì)應(yīng)的DA值，把計(jì)算值直接送內(nèi)部專用控制寄存器，混合信號(hào)微控制器的DAC口對(duì)應(yīng)輸出當(dāng)前的直流電壓，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路輸出4~20mA電流信號(hào)，重復(fù)以上過程，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量輸出；一級(jí)運(yùn)算放大器、二級(jí)運(yùn)算放大器和三級(jí)運(yùn)算放大器選用的型號(hào)為OPA333，這是一顆非常優(yōu)異的單電源軌至軌運(yùn)算放大器，其工作電壓為2.7-5.5V，其失調(diào)電壓僅為10uV，實(shí)測(cè)最低輸出為30uV，最高輸出可達(dá)VCC-30uV，本電子電路組成壓控恒流源，其關(guān)鍵在于OPA333這顆芯片的優(yōu)異性能，使得以上電路獲得了極高的精度和穩(wěn)定性；高線性模擬光耦，在本電子電路中主要是用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)與外部模擬信號(hào)的隔離，其具有超低非線性(0.01%)、低增益溫度系數(shù)(-65ppm/℃)、寬帶(DC：>1MHz)的特點(diǎn)，輸入光電二極管可用于監(jiān)測(cè)，并借此穩(wěn)定LED的光輸出。因此，LED的非線性和漂移特性幾乎可被完全消除，輸出二極管則產(chǎn)生一個(gè)跟LED的光輸出線性相關(guān)的光電流，光電二極管之間的密切配合，和封裝上的先進(jìn)設(shè)計(jì)，確保了高線性模擬光耦的高線性和穩(wěn)定增益特性；DAC1來自于混合信號(hào)微控制器的DAC輸出，由第二電阻隔離后進(jìn)入一級(jí)運(yùn)算放大器，并由高線性模擬光耦進(jìn)行1:1隔離緩沖，在第五電阻上形成檢測(cè)電壓，后經(jīng)過電流環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)三極管進(jìn)行電流放大。

本實(shí)用新型還包括肖特基二極管、第一電感、第二電感、第六電阻和瞬變抑制，電流環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)三極管的第三引線腳與第一電感連接，第一電感、瞬變抑制、第二電感、第六電阻和肖特基二極管依次連接。肖特基二極管保護(hù)輸出電路不受反向電流損害，第一電感、第二電感和瞬變抑制用于對(duì)輸出接口進(jìn)行保護(hù)，濾除外部的干擾信號(hào)，4-20mA直流模擬量輸出信號(hào)由4-20mA+/4-20mA-之間輸出。

本實(shí)用新型還包括電源、第一電阻和第一電容，電源通過第一電阻與高線性模擬光電耦合器連接，高線性模擬光電耦合器連接與第一電容連接。高線性模擬光耦工作在光電壓模式下，信號(hào)為正極性輸入，正極性輸出，第一電阻調(diào)節(jié)一級(jí)運(yùn)算放大器的輸入偏置電流的大小，第一電容起反饋?zhàn)饔茫瑫r(shí)濾除了電路中的毛刺信號(hào)，避免高線性模擬光耦中的鋁砷化鎵發(fā)光二極管受到意外的沖擊。

本實(shí)用新型所述混合信號(hào)微控制器的型號(hào)為C8051F120。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，防水效果好，操作方便。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中直流模擬量輸出的電子電路的結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例。