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1、(10)申请公布号 CN 103762949 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103762949 A (21)申请号 201410052032.6 (22)申请日 2014.02.14 H03F 1/34(2006.01) (71)申请人 太原理工大学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街 79 号 (72)发明人 刘喆颉 杨建新 黄耀雄 李晓光 贺晓宏 (74)专利代理机构 北京律谱知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11457 代理人 王庆海 (54) 发明名称 一种针对小信号变化检测的电平转换电路 (57) 摘要 本发明涉及一种针对小信号变化检测的电平 转换。
2、电路， 其包括 ： 第一运算放大器、 第二运算放 大器、 第三运算放大器、 第三运算放大器、 第五运 算放大器、 第一开关、 第二开关、 第一电阻、 第二电 阻、 第三电阻、 第四电阻、 第五电阻、 可变电阻、 和 基准电压产生装置。根据本发明的针对小信号变 化检测的电平转换电路既可以得到被测量的传感 器的输出电压的极性， 又能够实现对变化电压的 放大， 还可以调节和获知放大倍数， 从而可以由测 量值直接计算得到传感器的输出值。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图。
3、1页 (10)申请公布号 CN 103762949 A CN 103762949 A 1/1 页 2 1. 一种针对小信号变化检测的电平转换电路， 其包括 ： 第一运算放大器、 第二运算放大器、 第三运算放大器、 第三运算放大器、 第五运算放大 器、 第一开关、 第二开关、 第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电阻、 第五电阻、 可变电阻、 和 基准电压产生装置， 其中第一运算放大器的正相输入端接收输入信号， 该第一运算放大器 的反相输入端连接其输出端， 该第一运算放大器的输出端分别连接第三运算放大器的反相 输入端、 第四运算放大器的正相输入端和第五运算放大器的正相输入端， 该第三运算放大。
4、 器的正相输入端分别连接第二运算放大器的反相输入端和输出端， 该第三运算放大器的输 出端输出第一输出信号， 该第二运算放大器的正相输入端连接基准电压产生装置， 该第二 运算放大器的输出端还分别连接第一电阻的一端和第二开关的第一端， 该第一电阻的另一 端分别连接第二电阻的一端和第四运算放大器的反相输入端， 该第四运算放大器的输出端 分别连接第二电阻的另一端和第三电阻的第一端， 该第三电阻的另一端连接第一开关的一 端， 该第一开关的另一端分别连接第五运算放大器的反相输入端、 第五电阻的一端和可变 电阻的滑动触头， 该可变电阻的一端连接第四电阻的一端， 该第四电阻的另一端连接第二 开关的第二端， 该。
5、第二开关的第三端接地， 该第五电阻的另一端连接第五运算放大器的输 出端， 该第五运算放大器的输出端输出第二输出信号。 2. 根据权利要求 1 所述的针对小信号变化检测的电平转换电路， 其中第一开关是单刀 单掷开关， 第二开关是单刀双掷开关。 3. 根据权利要求 1 所述的针对小信号变化检测的电平转换电路， 其中基准电压产生装 置提供的基准电压等于待测量的传感器的静态工作电压。 4. 根据权利要求 1 所述的针对小信号变化检测的电平转换电路， 其中第一电阻、 第二 电阻、 第三电阻和第五电阻之间的阻值关系为 ： 其中 R1 表示第一电阻的装置， R2 表示第二电阻的阻值， R3 表示第三电阻的阻。
6、值， R5 表 示第五电阻的阻值。 权 利 要 求 书 CN 103762949 A 2 1/4 页 3 一种针对小信号变化检测的电平转换电路 技术领域 0001 本发明涉及电学领域， 更具体的， 涉及一种针对小信号变化检测的电平转换电路。 背景技术 0002 在实际使用输出直流信号的传感器过程中， 经常会遇到输出电压的变化量随被测 量变化较小的情况， 如果直接将输出电压放大， 则会得到很大的电压， 但是我们在实际使用 中希望仅放大电压变化的部分。 0003 目前， 还没有一种能够放大所述变化量、 并且获得该变化量的极性和具体值、 并且 放大倍数可调节并可知具体放大倍数值的这样电路。 发明内容。
7、 0004 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种针对小信号变化检测的电平转换电 路， 其包括 ： 0005 第一运算放大器、 第二运算放大器、 第三运算放大器、 第三运算放大器、 第五运算 放大器、 第一开关、 第二开关、 第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电阻、 第五电阻、 可变电 阻、 和基准电压产生装置， 其中第一运算放大器的正相输入端接收输入信号， 该第一运算放 大器的反相输入端连接其输出端， 该第一运算放大器的输出端分别连接第三运算放大器的 反相输入端、 第四运算放大器的正相输入端和第五运算放大器的正相输入端， 该第三运算 放大器的正相输入端分别连接第二运算放大器的反相输入。
8、端和输出端， 该第三运算放大器 的输出端输出第一输出信号， 该第二运算放大器的正相输入端连接基准电压产生装置， 该 第二运算放大器的输出端还分别连接第一电阻的一端和第二开关的第一端， 该第一电阻的 另一端分别连接第二电阻的一端和第四运算放大器的反相输入端， 该第四运算放大器的输 出端分别连接第二电阻的另一端和第三电阻的第一端， 该第三电阻的另一端连接第一开关 的一端， 该第一开关的另一端分别连接第五运算放大器的反相输入端、 第五电阻的一端和 可变电阻的滑动触头， 该可变电阻的一端连接第四电阻的一端， 该第四电阻的另一端连接 第二开关的第二端， 该第二开关的第三端接地， 该第五电阻的另一端连接第。
9、五运算放大器 的输出端， 该第五运算放大器的输出端输出第二输出信号。 0006 其中第一开关是单刀单掷开关， 第二开关是单刀双掷开关。 0007 其中基准电压产生装置提供的基准电压等于待测量的传感器的静态工作电压。 0008 其中第一电阻、 第二电阻、 第三电阻和第五电阻之间的阻值关系为 ： 0009 0010 其中 R1 表示第一电阻的装置， R2 表示第二电阻的阻值， R3 表示第三电阻的阻值， R5 表示第五电阻的阻值。 0011 通过本发明的针对小信号变化检测的电平转换电路既可以得到被测量的传感器 的输出电压 Uin 的极性， 又能够通过使用与传感器的静态输出电压相等的电压作为基准电 。
10、说 明 书 CN 103762949 A 3 2/4 页 4 压， 并且设置合适的电阻值， 实现对变化电压 V 的放大， 还可以调节和获知放大倍数， 从 而可以由测量值直接计算得到传感器的输出值 Uin。该针对小信号变化检测的电平转换电 路的测量误差小， 方便实用。 附图说明 0012 图 1 是本发明的针对小信号变化检测的电平转换电路的原理示意图。 具体实施方式 0013 图 1 是本发明的针对小信号变化检测的电平转换电路的原理示意图。如图所示， 该针对小信号变化检测的电平转换电路包括 ： 0014 第一运算放大器A1、 第二运算放大器A2、 第三运算放大器A3、 第三运算放大器A4、 第五。
11、运算放大器 A5、 第一开关 S1、 第二开关 S3、 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、 可变电阻 R6、 和基准电压产生装置， 其中第一运算放大器的正相输 入端接收输入信号 Uin， 该第一运算放大器的反相输入端连接其输出端， 该第一运算放大器 的输出端分别连接第三运算放大器 A3 的反相输入端、 第四运算放大器 A4 的正相输入端和 第五运算放大器的正相输入端， 该第三运算放大器 A3 的正相输入端分别连接第二运算放 大器 A2 的反相输入端和输出端， 该第三运算放大器 A3 的输出端输出第一输出信号 Uout1， 该第二运算放大器。
12、 A2 的正相输入端连接基准电压产生装置， 该第二运算放大器 A2 的输出 端还分别连接第一电阻 R1 的一端和第二开关 S2 的第一端， 该第一电阻 R1 的另一端分别连 接第二电阻 R2 的一端和第四运算放大器 A4 的反相输入端， 该第四运算放大器 A4 的输出端 分别连接第二电阻 R2 的另一端和第三电阻 R3 的第一端， 该第三电阻 R3 的另一端连接第一 开关 S1 的一端， 该第一开关 S1 的另一端分别连接第五运算放大器 A5 的反相输入端、 第五 电阻 R5 的一端和可变电阻 R6 的滑动触头， 该可变电阻 R6 的一端连接第四电阻 R4 的一端， 该第四电阻 R4 的另一端。
13、连接第二开关 S2 的第二端， 该第二开关 S2 的第三端接地， 该第五 电阻 R5 的另一端连接第五运算放大器 A5 的输出端， 该第五运算放大器 A5 的输出端输出第 二输出信号 Uout2。 0015 其中第一开关 S1 是单刀单掷开关， 第二开关 S2 是单刀双掷开关。 0016 其中基准电压产生装置提供的基准电压等于待测量的传感器的静态工作电压。 0017 其中第一电阻、 第二电阻、 第三电阻和第五电阻之间的阻值关系为 ： 0018 0019 其中 R1 表示第一电阻的装置， R2 表示第二电阻的阻值， R3 表示第三电阻的阻值， R5 表示第五电阻的阻值。 0020 可变电阻 R6。
14、 起到调节放大倍数的作用。 0021 上述输入信号 Uin 为待测量的传感器的输出电压。 0022 第一和第二运算放大器用作为电压跟随器， 其缓冲和隔离的作用。 0023 下面简述本发明的针对小信号变化检测的电平转换电路的工作原理。 0024 本发明的针对小信号变化检测的电平转换电路就是要对输出电流信号的传感器 的输出电压的变化量进行放大的电路。 说 明 书 CN 103762949 A 4 3/4 页 5 0025 在测量前， 要先设置好本发明的电路的静态工作点， 以使得各个运算放大器的 工作都处于不失真状态， 并且还要设置好基准电压和放大倍数。常见的输出电流信号的 传感器的输出电压 Uin。
15、 为 ： 静态工作电压 U0 与随被测量变化的变化电压 V 之和， 即 Uin=U0V, 并且静态工作电压 U0 为传感器的工作电压 Vcc 的一半， 即 V0=1/2Vcc， 因此 将基准电压设置为等于待测量的传感器的静态工作电压 U0， 即传感器的工作电压 Vcc 的一 半。又因为传感器输出的变化电压 V 的变化较小， 因此在实际使用时经常要对该变化电 压 V 进行放大， 由此设置合适的放大倍数也是必要的。 0026 在测量传感器输出的变化电压 V 之前， 必须设置好该电路的放大倍数， 可通过 第一开关 S1 和第二开关 S2 的切换来计算得到。将第一开关 S1 断开， 将第二开关 S2 。
16、接地。 传感器不接入被测量的信号， 此时传感器的输出电压为 1/2Vcc， 并且输入到第五运算放大 器 A5 的同相输入端， 第四电阻 R4 的一端接地， 可变电阻 R6 的滑动触头连接第五运算放大 器 A5 的反相输入端， 由此可得此时的输出Uin， 通过测量 Uout2 可 以算得的值并且通过调节可变电阻R6的阻值来设置放大倍数， 并得到期望的放大 倍数。 0027 然后开始测量工作。 将第一开关S1闭合， 将第二开关S2闭合并连接至第二运算放 大器A2的输出端， 该第二运算放大器A2起电压跟随器的作用， 其输出信号为基准电压UREF。 首先分析第四运算放大器 A4 的输出情况。该第四运算。
17、放大器 A4 的同相输入端接收输入信 号 Uin， 通过第一电阻 R2 和负反馈回路上的第二电阻 R2， 根据深度负反馈放大电路的虚短 和虚短的特点， 可得 ：得到 ： 0028 0029 其中 R1 表示第一电阻的装置， R2 表示第二电阻的阻值。 0030 第五运算放大器 A5 的同相输入端接收输入信号 Uin， 其反向输入端接收来自三路 的输入信号 ： 一路为通过第三电阻 R3 输入的 UoutA4， 一路为通过第四电阻 R4 和可变电阻 R6输入的UoutA2， 一路为通过第五电阻R5引入的负反馈信号Uout2。 根据虚短虚断的特点 及基尔霍夫电流定律， 列出第五运算放大器 A5 的反。
18、相输入端的电流方程， 可得到 ： 0031 0032 其中 R3 表示第三电阻的阻值， R4 表示第四电阻的阻值， R5 表示第五电阻的阻值， R6 表示可变电阻的具体阻值。 0033 结合公式 （1） 和 （2） ， 化简， 得到 ： 0034 0035 通 过 预 先 设 计， 使 得可 得 ：即 说 明 书 CN 103762949 A 5 4/4 页 6 因为的值已知， 由此可得到的比值， 这样 可以直接得到传感器的输出电压 Uin， 继而得到放大的变化电压 V 值。 0036 第三运算放大器 A3 用作比较器， 其输出信号 Uout1 表示传感器的输出电压 Uin 的 极性。 003。
19、7 本发明所采用的各元器件的值可以根据具体的应用来确定， 这里举例说明一组在 实践中使用的元器件的值， 第一电阻 R1 的阻值为 10K 欧姆， 第二电阻 R2 的阻值为 1K 欧姆， 第三电阻R3的阻值为10K欧姆， 第四电阻R4的阻值为10K欧姆， 第五电阻R5的阻值为100K 欧姆， 可变电阻 R6 的阻值范围为 050K 欧姆。 0038 通过本发明的针对小信号变化检测的电平转换电路既可以得到被测量的传感器 的输出电压 Uin 的极性， 又能够通过使用与待测量的传感器的静态输出电压相等的电压作 为基准电压， 并且设置合适的电阻值， 实现对变化电压 V 的放大， 还可以调节和获知放大 倍数， 从而可以由测量值直接计算得到传感器的输出值Uin。 该针对小信号变化检测的电平 转换电路的测量误差小， 方便实用。 说 明 书 CN 103762949 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103762949 A 7 。