一种可提高电压信号跟踪精度的电压跟随电路的制作方法

本发明与电压跟随电路有关，具体涉及一种可提高电压信号跟踪精度的电压跟随电路。

背景技术：

随着电子技术的迅速发展，电压跟随电路已经得到广泛应用，电压跟随电路主要用于对模拟电压信号要求较高的电路。由于电压跟随电路具有输入阻抗高，而输出阻抗低的特点，使得它在电路中可以完成阻抗匹配的功能，可以避免由于输出阻抗较高，而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗，起到承上启下的作用。如图1所示，采用集成运算放大器与精密电阻构成电压跟随器已经成为构建电压跟踪的一个简单、快捷的方式。

图1所示是目前常用的由集成运算放大器构建的电压跟随电路。模拟量传感器输出的模拟电压v_in经过由r1和c1构成的低通滤波器滤波后，接入集成运算放大器u1的正相输入端，输出电压v_out＝v_in*(r2+r3)/r2，增益k＝(r2+r3)/r2。在通常的模拟电压采集电路中，参考地平面分为外部的数字地gnd和内部的模拟地agnd，再用铁氧体材料连接起来。当数字地gnd回路有较大的回路电流时，内部的模拟地agnd电势将会被抬高，不再是0，输出电压v_out相对于模拟地agnd将会随之减小。显而易见，此电路的缺点是模拟地agnd电势会随数字地gnd回路电流的变化而变化，影响了本模拟电压跟踪的精度。

在普遍的模拟电压采集电路中，通常会将这个被抬升的模拟地agnd电势的影响忽略不计。但是，若期望进一步提高模拟电压跟踪的精度，或者将电压跟随电路应用至微小变化电压采集电路中，则需要考虑模拟地电势的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前常用的电压跟随电路的不足，提供一种高精度电压跟随电路：通过在电路中增加运算放大器，消除模拟地电势浮动的影响，提高电压跟踪精度。本电路结构简单，制作成本低，跟踪精度高，可广泛应用于具有较高精度要求的模拟电压采集电路中。

本高精度电压跟随电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻。第四电阻一端连接数字地、另一端连接第二运算放大器的反相输入端，第五电阻一端连接第二运算放大器的同相输入端、另一端为本电路的输入端，第六电阻两端连接第二运算放大器的反相输入端和第二运算放大器的输出端，第七电阻一端连接第二运算放大器的同相输入端、另一端接模拟地，第一电阻两端分别连接于第二运算放大器的输出端和第一运算放大器的同相输入端，第一电容一端连接于第一电阻和第一运算放大器的连接点、另一端接模拟地，第三电阻连接于第一运算放大器的反相输入端和第一运算放大器的输出端，第二电阻一端连接于第一运算放大器的反相输入端和第三电阻的连接点、另一端接模拟地，第一运算放大器的输出端即为本电路的输出端。

本发明的技术方案中，第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二运算放大器构成同相加法器，其中第四电阻和第六电阻阻值相等、第五电阻和第七电阻阻值相等，使得模拟输入电压与模拟地电势叠加，叠加后的电压相对于模拟地电压大小仍为输入的电压大小，第一电阻与第一电容构成一阶低通滤波器，起到滤去杂波的作用，第二电阻、第三电阻、第一运算放大器构成相对于模拟地的电压跟随器，可以通过调节第二电阻和第三电阻的阻值来调节本电压跟随电路的增益大小，这样本电压跟随电路的输出端与输入端构成稳定的比例关系，不会受到外部数字地回路电流大小变化而导致内部模拟地电势浮动的影响，提高了模拟电压信号的跟踪精度。

本发明的优点是：

1、通过运算放大器等构建信号叠加电路，使得电压信号相对于模拟地稳定，提高了电压信号的跟踪精度。

2、本电路结构简单，制作成本低，对原电路改动不大，易于实现。

附图说明

图1是目前常用的电压跟随电路原理图；

图2是本发明高精度电压跟随电路原理图；

具体实施方式

在图2所示的电压跟随电路中，第四电阻r4一端连接数字地gnd、另一端连接第二运算放大器u2的反相输入端，第五电阻r5一端连接第二运算放大器u2的同相输入端、另一端为本电路的输入端v_in，第六电阻r6两端连接第二运算放大器u2的反相输入端和第二运算放大器u2的输出端，第七电阻r7一端连接第二运算放大器u2的同相输入端与第五电阻r5的连接点、另一端接模拟地agnd，第一电阻r1两端分别连接于第二运算放大器u2的输出端和第一运算放大器u1的同相输入端，第一电容c1一端连接于第一电阻r1和第一运算放大器u1的连接点、另一端接模拟地agnd，第三电阻r3连接于第一运算放大器u1的反相输入端和第一运算放大器u1的输出端，第二电阻r2一端连接于第一运算放大器u1的反相输入端和第三电阻r3的连接点、另一端接模拟地agnd，第一运算放大器u1的输出端即为本电路的输出端v_out。

本发明的技术方案中，第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第二运算放大器u2构成同相加法器，其中r4＝r6、r5＝r7，使得模拟输入电势uin与模拟地agnd电势uagnd叠加，得到第二运算放大器输出端电势uout2＝uin+uagnd，即第二运算放大器输出端电压相对于模拟地agnd的电压等于v_in，第一电阻r1与第一电容c1构成一阶低通滤波器，起到滤去杂波的作用，第二电阻r2、第三电阻r3、第一运算放大器u1构成电压跟随器，可以通过调节第二电阻r2和第三电阻r3的阻值来调节本电压跟随电路的增益大小，即k＝(r2+r3)/r2，这样本电压跟随电路的输出端(参考于agnd)与输入端(参考于gnd)构成稳定的比例关系，即uout-uagnd＝k*(uin-ugnd)，不会受到外部数字地回路电流大小变化而导致内部模拟地电势浮动的影响，提高了模拟电压信号的跟踪精度，而且本电路结构简单，制作成本低，对原电路改动不大，易于实现，可广泛应用于具有较高精度要求的模拟电压信号采集电路中。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高精度电压跟随电路，第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二运算放大器构成同相加法器，其中第四电阻和第六电阻阻值相等、第五电阻和第七电阻阻值相等，使得模拟输入电压与模拟地电势叠加，叠加后的电压相对于模拟地电压大小仍为输入的电压大小，第一电阻与第一电容构成一阶低通滤波器，起到滤去杂波的作用，第二电阻、第三电阻、第一运算放大器构成相对于模拟地的电压跟随器，可以通过调节第二电阻和第三电阻的阻值来调节本电压跟随电路的增益大小，这样本电压跟随电路的输出端与输入端构成稳定的比例关系，不会受到外部数字地回路电流大小变化而导致内部模拟地电势浮动的影响，提高了模拟电压信号的跟踪精度。

技术研发人员：周尧明;蒙志君;刘伟健;王永超;李少伟
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2016.09.07
技术公布日：2018.01.23