專利名稱：電阻輸出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過流過壓保護(hù)技術(shù)，更具體地說涉及一種消除過流過壓保護(hù)器件內(nèi)阻影響的電阻輸出電路。
背景技術(shù)：
在電阻輸出電路設(shè)計中，通常采用直接在電路中串聯(lián)一個過流過壓保護(hù)器的方法來保護(hù)電路內(nèi)部組件在過流過壓的情況下不被損壞，如圖1所示，該電路包括輸入端、輸出端、內(nèi)部電路和過流過壓保護(hù)器件，該過流過壓保護(hù)器件串聯(lián)在所述輸入端和輸出端之間的連接線路上。由于過流過壓保護(hù)器件本身具有一定的內(nèi)阻，并且其阻值會隨著電路電流和環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化，從而影響了整個電阻輸出電路的精度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠消除過流過壓保護(hù)器件內(nèi)阻影響的電阻輸出電路電路。
本發(fā)明提供一種電阻輸出電路，包括輸入端和輸出端，還包括第一過流過壓保護(hù)器的A端連接所述輸出端，B端通過第一保護(hù)電阻與第一運算放大器的輸出端相連；在所述第一運算放大器的反相輸入端與所述輸出端之間的連線上串聯(lián)有第二保護(hù)電阻；所述第一保護(hù)電阻與所述第一過流過壓保護(hù)器之間的連線連接第一電壓箝位單元的連接端口；所述第一運算放大器的正相輸入端連接增益放大器的一端；所述增益放大器的另一端連接第四保護(hù)電阻的一端，所述第四保護(hù)電阻的另一端連接第二運算放大器的輸出端；所述第二運算放大器的正相輸入端接地，反相輸入端連接第二過流過壓保護(hù)器的B端，所述第二過流過壓保護(hù)器的A端與所述輸入端相連，所述輸入端連接第三保護(hù)電阻的一端，所述第三保護(hù)電阻的另一端連接所述第四保護(hù)電阻與所述增益放大器之間的連線，在該連線上連接有第二電壓箝位單元的連接端口。
優(yōu)選的，進(jìn)一步包括第三電壓嵌位單元，所述第三電壓嵌位單元的連接端口連接所述第二保護(hù)電阻與所述第一運算放大器的反相輸入端之間的線路。
優(yōu)選的，所述第一電壓箝位單元由正電源、負(fù)電源、第一二極管及第二二極管組成，其中，所述第一二極管的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極管的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元的連接端口，所述第二二極管的P極連接所述負(fù)電源。
優(yōu)選的，所述第二電壓箝位單元由正電源、負(fù)電源、第一二極管及第二二極管組成，其中，所述第一二極管的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極管的N極相連，其連接點作為所述第二電壓箝位單元的連接端口，所述第二二極管的P極連接所述負(fù)電源。
優(yōu)選的，所述第三電壓箝位單元由正電源、負(fù)電源、第一二極管及第二二極管組成，其中，所述第一二極管的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極管的N極相連，其連接點作為所述第三電壓箝位單元的連接端口，所述第二二極管的P極連接所述負(fù)電源。
優(yōu)選的，所述過流導(dǎo)通單元由第三二極管和第四二極管組成，所述第三二極管的N極與所述第四二極管的P極共地，所述第三二極管的P極與所述第四二極管的N極連接所述過流過壓保護(hù)器與所述運算放大器反相輸入端之間的連接線路。
優(yōu)選的，所述增益放大器為可編程增益放大器。
優(yōu)選的，所述第一過流過壓保護(hù)器為熔斷器或功率電阻。
優(yōu)選的，所述第二過流過壓保護(hù)器為熔斷器或功率電阻。
通過上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明利用電壓箝位單元對電壓的鉗制作用，以及利用了運算放大器虛短、虛斷的原理，使得在正常工作時消除過流過壓保護(hù)器內(nèi)阻影響，提高輸出電阻的精度。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明電阻輸出電路的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明電阻輸出電路的實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明電阻輸出電路的實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
在電路設(shè)計中經(jīng)常會使用到過流過壓保護(hù)器以保護(hù)電路內(nèi)部組件在過壓過流的情況下不被損壞，一般情況下都是直接在電路中串聯(lián)一個過流過壓保護(hù)器，但是無論哪種過流過壓保護(hù)器件本身都存在著一定的內(nèi)在電阻，并且其阻值會隨著電路電流和環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化，影響電路的輸出精度，這成了高精度電阻輸出電路設(shè)計的一個關(guān)鍵制約因素。
本發(fā)明的基本思想就是利用電壓箝位單元對電壓的鉗制作用，以及利用了運算放大器虛短、虛斷的原理消除過流過壓保護(hù)器的內(nèi)阻影響。
請參考圖2，為本發(fā)明電阻輸出電路的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；一種電阻輸出電路，包括輸入端和輸出端，還包括第一保護(hù)電路100、第二保護(hù)電路200及增益放大器300，所述第一保護(hù)電路包括第一過流過壓保護(hù)器101、第一運算放大器102、第一保護(hù)電阻103、第二保護(hù)電阻104和第一電壓箝位單元105；所述第一過流過壓保護(hù)器101的A端連接所述輸出端，其B端通過所述第一保護(hù)電阻103與所述第一運算放大器102的輸出端相連，在所述第一運算放大器102的反相輸入端與所述輸出端之間的連線上串聯(lián)有第二保護(hù)電阻104，所述第一電壓箝位單元105的連接端口連接所述第一保護(hù)電阻103與所述第一過流過壓保護(hù)器101之間的連線，所述第一運算放大器102的正相輸入端連接增益放大器300的一端；所述第二過流過壓保護(hù)電路200包括第二過流過壓保護(hù)器201、第二運算放大器202、過流導(dǎo)通單元203、第三保護(hù)電阻204、第四保護(hù)電阻205和第二電壓箝位單元206；所述增益放大器300的另一端連接所述第四保護(hù)電阻205的一端，所述第四保護(hù)電阻205的另一端連接所述第二運算放大器202的輸出端，所述第二運算放大器202的正相輸入端接地，其反相輸入端連接第二過流過壓保護(hù)器201的B端，所述第二過流過壓保護(hù)器201的A端與所述輸入端相連，所述輸入端連接第三保護(hù)電阻204的一端，所述第三保護(hù)電阻204的另一端連接第四保護(hù)電阻205與所述增益放大器300之間的連線，所述第二電壓箝位單元206的連接端口連接所述第四保護(hù)電阻205與所述增益放大器300之間的連線。
本電路的工作原理為在正常工作的時候，根據(jù)運算放大器的虛斷原理，所述第一運算放大器102的反相輸入端電壓與所述第一過流過壓保護(hù)器101的A端的電壓相同；根據(jù)運算放大器的虛短原理，第一運算放大器102的正相輸入端和反相輸入端的電壓相等，所以所述第一過流過壓保護(hù)器101的A端的電壓與所述第一運算放大器102的正相輸入端電壓相同，從而消除了所述第一過流過壓保護(hù)器101上的電阻影響。
根據(jù)運算放大器的虛短原理，所述第二運算放大器202的反相輸入端跟同相輸入端具有相同的電壓，由于所述第二運算放大器202的正相輸入端的電壓為0V，所以所述第二運算放大器202的反相輸入端的電壓也為0V。第二過流過壓保護(hù)器201的B端的電壓為0V；根據(jù)運算放大器的虛斷原理，所述第二運算放大器202的反相輸入端沒有電流流過，所以所述第二過流過壓保護(hù)器201上沒有電流流過，由于沒有電流流過，所述第二過流過壓保護(hù)器201的A端的電壓也為0V。從而達(dá)到了該保護(hù)電路正常工作的時候抵消所述第二過流過壓保護(hù)器201的內(nèi)在電阻的影響。
假設(shè)外部驅(qū)動電流為I，從輸入端進(jìn)入本電路，該電流I在電路額定電流以內(nèi)，該電流通過第二保護(hù)電路200中第二電壓箝位單元206的連接端口處產(chǎn)生一個V1＝I*R1的壓降，所述R1為第三保護(hù)電阻204的電阻值，通過增益放大器300后，在所述第一運算放大器102的正相輸入端處產(chǎn)生一個電壓V2＝X*I*R1的電壓降，其中X為所述增益放大器的放大倍數(shù)，該增益放大器可以為可編程增益放大器(PGA)，電路輸出端電壓與所述第一運算放大器102的正相輸入端電壓相同，所以電阻輸出電路的輸出端的輸出電阻為R＝V2/I＝PGA*R1，也就是說電阻輸出電路的輸出電阻取決于增益放大器300的放大倍數(shù)和第三保護(hù)電組204的阻值。
本電路還可以包括第三電壓箝位單元106，如圖3所示，為本發(fā)明電阻輸出電路的實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；所述第三電壓箝位單元106的連接端口連接所述第一運算放大器102的反相輸入端與所述第二保護(hù)電阻104之間的連接線路。
當(dāng)電路出現(xiàn)故障，輸入端流入過大的電流時，因為所述第三保護(hù)電阻204具有很高的電阻值，所以流過第三保護(hù)電阻204的電流較?。淮藭r絕大部分電流流過所述第二過流過壓保護(hù)器201與過流導(dǎo)通單元203，這些電流很快導(dǎo)致所述第二過流過壓保護(hù)器201斷路，從而切斷電路回路，從而保證了電路中的元器件的安全。
由于所述第三保護(hù)電阻204的存在，會有一定的殘留電流存在，所述電阻輸出電路接入的電壓仍然會作用于所述第二運算放大器202的輸出端，這時由于第二電壓箝位單元206在該電路中具有的電壓箝位功能，使其能夠在這種情況下鉗制住所述第三保護(hù)電阻204與所述第四保護(hù)電阻205連接點的電壓，又由于第四保護(hù)電阻205的存在，把故障電流限制在所述第二運算放大器202可以承受的電流范圍之內(nèi)，保護(hù)所述第二運算放大器202不被損壞。
當(dāng)電路出現(xiàn)故障，輸出端出現(xiàn)超出電源電壓范圍的電壓時，所述第一過流過壓保護(hù)器101將很快會被熔斷，熔斷后，只有第二保護(hù)電阻104串聯(lián)在整個回路中，由于所述第二保護(hù)電阻104的阻值很大(10kΩ)，且由于第三電壓箝位單元106的電壓箝位作用，從而達(dá)到過流過壓保護(hù)的功能。
下面通過具體例子對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
所述第一電壓箝位單元105或第二電壓箝位單元206或第三電壓箝位單元106可以由正電源、負(fù)電源、第一二極管及第二二極管組成，請參考圖4，為本發(fā)明電阻輸出電路的實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，二極管1053的N極連接所述正電源1051，其P極與所述二極管1054的N極相連，所述二極管1054的P極連接所述負(fù)電源1052，同樣的，二極管2063的N極連接所述正電源2061，其P極與所述二極管2064的N極相連，二極管2064的P極連接所述負(fù)電源2064，同樣，二極管1063的N極連接所述正電源1061，其P極與所述二極管1064的N極相連，所述二極管1064的P極連接所述負(fù)電源1062。
所述過流導(dǎo)通單元203由二極管2031和二極管2032組成，所述二極管2031的P極與所述二極管2032的N極共地，所述二極管2031的N極與所述二極管2032的P極連接在所述第二過流過壓保護(hù)器201與所述第二運算放大器202反相輸入端之間的連接線路。
假設(shè)圖4中，第一過流過壓保護(hù)器101和第二過流過壓保護(hù)器201都為保險絲，其額定電流均為50mA，所述第一保護(hù)電阻103為200Ω，所述第二保護(hù)電阻104為10kΩ，二極管1053、二極管1054、二極管1063、二極管1064為100V/1A、正電源1051和正電源1051為+5V、負(fù)電源1061和負(fù)電源1062為-5V；第三保護(hù)電阻204為1kΩ/10W、所述第四保護(hù)電阻205為200Ω/1W、二極管2031、二極管2032、二極管2063、二極管2064均為100V/1A、正電源VCC2061為+5V、電源VSS2062為-5V。
從結(jié)構(gòu)上可以看出，第一保護(hù)電路100是一個電壓緩沖輸出電路，在電路正常工作的時候，根據(jù)運算放大器的虛斷、虛短原理，所述第一運算放大器102正相輸出端電壓與所述第一過流過壓保護(hù)器101的A端的電壓相同，從而消除了所述第一過流過壓保護(hù)器101的內(nèi)阻影響。
所述第二運算放大器202工作于放大狀態(tài)，所述第二過流過壓保護(hù)器201的A端的電壓被箝位在0V。
假設(shè)外部驅(qū)動電流為2mA時，該電流通過第二保護(hù)電路200中第二電壓箝位單元206的連接端口處產(chǎn)生一個V1＝I*R1的壓降，所述R1為第三保護(hù)電阻204的電阻值，R1＝1kΩ，通過增益放大器300將其放大，此處，所述增益放大器300可以為可編程增益放大器PGA，其放大倍數(shù)X，X＝2，3，4，5；在所述第一運算放大器102的正相輸入端處產(chǎn)生一個電壓V2＝X*I*R1的電壓降，所以最終電阻輸出電路的輸出端的輸出電阻為R＝V2/I＝X*1kΩ，也就是說電阻輸出電路的輸出電阻就取決于增益放大器300的放大倍數(shù)。達(dá)到消除過流過壓保護(hù)器的內(nèi)阻影響，提高輸出電阻的精度的目的。
本發(fā)明實施例利用電壓箝位單元對電壓的鉗制作用，以及利用了運算放大器虛短、虛斷的原理，使得電阻輸出電路在正常工作時，消除過流過壓保護(hù)器內(nèi)阻影響，提高電路輸出電阻的精度。
假設(shè)由于誤操作，輸出端出現(xiàn)20V的故障電壓，假設(shè)所述第一過流過壓保護(hù)器101沒有熔斷，由于故障電壓(20V)已經(jīng)超出了電源電壓范圍，所以將會引起二極管1053起作用，二極管1053的P極的電壓將被箝位到+5.7V左右，此時，所述第一過流過壓保護(hù)器101上將會存在20V-5.7V＝14.3V左右的電壓，由于所述第一過流過壓保護(hù)器101的電阻一般只有幾Ω，所以所述第一過流過壓保護(hù)器101將很快會被熔斷，熔斷后，只有第二保護(hù)電阻104串聯(lián)在整個回路中，由于所述第二保護(hù)電阻104的阻值很大(10kΩ)，且由于二極管1063的箝位作用，所述第二保護(hù)電阻104上流過的電流大約為1.4mA，從而達(dá)到過流過壓保護(hù)的功能。
假設(shè)由于某種原因，輸入端流進(jìn)20mA的故障電流，假設(shè)過流過壓保護(hù)器201沒有損壞，那么所有的電流將流過第三保護(hù)電阻204，在所述第三保護(hù)電阻204上將產(chǎn)生20V的電壓降，由于二極管2063、二極管2064的箝位作用，所述第三保護(hù)電阻204連接二極管2063、二極管2064那一端的電壓將被限制在+5.7V左右，那么所述第三保護(hù)電阻204接所述第二過流過壓保護(hù)器201那一端的電壓將是20+5.7＝25.7V，該電壓直接作用在所述過流過壓保護(hù)器201與二極管2031、二極管2032上，由于二極管2031、二極管2032的電壓降一般為0.7V，所以大約有25V的電壓將作用于所述過流過壓保護(hù)器201上，所述第二過流過壓保護(hù)器201將很快將電路回路切斷。切斷后整個回路里面只剩下第三保護(hù)電阻204串聯(lián)在整個回路中，由于所述第三保護(hù)電阻204的阻值有1kΩ，整個電路的殘留電流很小，從而達(dá)到過流保護(hù)的功能。所述第四保護(hù)電阻205能夠限制所述第二運算放大器202的輸出電流在其能夠承受的范圍之內(nèi)。
所述第一過流過壓保護(hù)器101或第二過流過壓保護(hù)器201可以為熔斷器或功率電阻，其一般只具有幾歐姆，當(dāng)電路流過較大電流時，其很快會被熔斷，從而切斷電路回路，達(dá)到保護(hù)電路的目的。
以上公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的沒有創(chuàng)造性的變化，以及在不脫離本發(fā)明原理前提下所作的若干改進(jìn)和潤飾，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電阻輸出電路，包括輸入端和輸出端，其特征在于，還包括第一過流過壓保護(hù)器的A端連接所述輸出端，B端通過第一保護(hù)電阻與第一運算放大器的輸出端相連；在所述第一運算放大器的反相輸入端與所述輸出端之間的連線上串聯(lián)有第二保護(hù)電阻；所述第一保護(hù)電阻與所述第一過流過壓保護(hù)器之間的連線連接第一電壓箝位單元的連接端口；所述第一運算放大器的正相輸入端連接增益放大器的一端；所述增益放大器的另一端連接第四保護(hù)電阻的一端，所述第四保護(hù)電阻的另一端連接第二運算放大器的輸出端；所述第二運算放大器的正相輸入端接地，反相輸入端連接第二過流過壓保護(hù)器的B端，所述第二過流過壓保護(hù)器的A端與所述輸入端相連，所述輸入端連接第三保護(hù)電阻的一端，所述第三保護(hù)電阻的另一端連接所述第四保護(hù)電阻與所述增益放大器之間的連線，在該連線上連接有第二電壓箝位單元的連接端口。
2.如權(quán)利要求1所述的電阻輸出電路，其特征在于，進(jìn)一步包括第三電壓嵌位單元，所述第三電壓嵌位單元的連接端口連接所述第二保護(hù)電阻與所述第一運算放大器的反相輸入端之間的線路。
3.如權(quán)利要求1所述的電阻輸出電路，其特征在于，所述第一電壓箝位單元由正電源、負(fù)電源、第一二極管及第二二極管組成，其中，所述第一二極管的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極管的N極相連，其連接點作為所述第一電壓箝位單元的連接端口，所述第二二極管的P極連接所述負(fù)電源。
4.如權(quán)利要求1所述的電阻輸出電路，其特征在于，所述第二電壓箝位單元由正電源、負(fù)電源、第一二極管及第二二極管組成，其中，所述第一二極管的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極管的N極相連，其連接點作為所述第二電壓箝位單元的連接端口，所述第二二極管的P極連接所述負(fù)電源。
5.如權(quán)利要求2所述的電阻輸出電路，其特征在于，所述第三電壓箝位單元由正電源、負(fù)電源、第一二極管及第二二極管組成，其中，所述第一二極管的N極連接所述正電源，其P極與所述第二二極管的N極相連，其連接點作為所述第三電壓箝位單元的連接端口，所述第二二極管的P極連接所述負(fù)電源。
6.如權(quán)利要求1所述的電阻輸出電路，其特征在于，所述過流導(dǎo)通單元由第三二極管和第四二極管組成，所述第三二極管的N極與所述第四二極管的P極共地，所述第三二極管的P極與所述第四二極管的N極連接所述過流過壓保護(hù)器與所述運算放大器反相輸入端之間的連接線路。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的電阻輸出電路，其特征在于，所述增益放大器為可編程增益放大器。
8.如權(quán)利要求7所述的電阻輸出電路，其特征在于，所述第一過流過壓保護(hù)器為熔斷器或功率電阻。
9.如權(quán)利要求7所述的電阻輸出電路，其特征在于，所述第二過流過壓保護(hù)器為熔斷器或功率電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電阻輸出電路，包括第一過流過壓保護(hù)器A端連接輸出端，B端通過第一保護(hù)電阻與第一運算放大器的輸出端相連；第一運算放大器的反相輸入端與輸出端之間的連線上串聯(lián)有第二保護(hù)電阻；第一保護(hù)電阻與第一過流過壓保護(hù)器之間的連線連接第一電壓箝位單元的連接端口；增益放大器一端與第一運算放大器的正相輸入端連接，另一端通過第四保護(hù)電阻與第二運算放大器連接，該運算放大器的正相輸入端接地，反相輸入端通過第二過流過壓保護(hù)器與輸入端連接，第三保護(hù)電阻的一端與輸入端連接，其另一端連接第四保護(hù)電阻與增益放大器之間的連線，第二電壓箝位單元的連接端口與該連線連接。本發(fā)明能夠消除過流過壓保護(hù)器件的內(nèi)阻的影響。
文檔編號H02H3/08GK101026300SQ20071009007
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者李堂忠, 丁云, 單明星 申請人:中控科技集團(tuán)有限公司, 浙江大學(xué)