一种微分求和电路和用电设备的制作方法

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种微分求和电路和用电设备。

背景技术：

目前，微分电路包括无源微分电路和有源微分电路，无源微分电路由电容器c和电阻r串联组成，而有源微分电路由运算放大器、输入电容以及反馈电阻组成，虽然有源微分电路的输出电压和输入电压的时间导数成比例关系，但是在相位上和理论的微分运算结果相差180°，使得输入信号经过微分电路微分后失去意义；同时微分电路的输出电压信号与输入信号的电压和频率成正比，在高频段时运算放大器容易出现饱和现象，使微分电路失去微分运算功能，导致输出信号失真；此外，传统的微分电路不能通过引入外部信号与微分信号进行相加求和，从而不能对控制系统进行单变量或多变量的并联反馈回路控制。

因此，传统的技术方案中存在的微分电路存在微分运算后的输出信号失真和不能对控制系统进行单变量或多变量的并联反馈回路控制的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种微分求和电路和用电设备，旨在解决传统的技术方案中存在的微分电路存在微分运算后的输出信号失真和不能对控制系统进行单变量或多变量的并联反馈回路控制的问题。

本发明是这样实现的，一种微分求和电路和用电设备，包括：

被配置为接入微分信号，并对所述微分信号进行滤波和电压跟随处理的输入匹配电路模块；

与所述输入匹配电路模块连接，被配置为对所述微分信号进行微分处理，以输出微分作用信号的微分电路模块；

与所述微分电路模块连接，被配置为对所述微分作用信号进行正向调节、负向调节或正负调节，以输出微分结果的信号选择电路模块；

与所述信号选择电路模块连接，被配置为接入外部输入信号，并将所述外部信号和所述微分结果相加处理的加法电路模块；及

分别与所述输入匹配电路模块、所述微分电路模块、所述信号选择电路模块以及加法电路模块连接，被配置为供电的电源模块。

此外，还提供了一种用电设备，包括上述的微分求和电路。

上述的微分求和电路，通过设置输入匹配电路模块、微分电路模块、信号选择电路模块以及加法电路模块，使微分电路模块对经过输入匹配电路模块滤波和电压跟随处理的微分信号进行微分处理以输出微分作用信号，信号选择电路模块为对微分作用信号进行正向调节、负向调节或正负调节，以输出微分结果，并通过加法电路模块对微分结果和接入的外部信号进行相加处理，该微分求和电路在实际应用中可通过信号选择电路对微分作用信号进行正向调节或者负向调节或者正负调节，使得微分运算精度高，同时避免了微分作用信号在输出时发生失真；同时，还设置加法电路模块，可以引入外部信号与微分信号进行相加求和，从而实现对控制系统进行单变量或多变量的并联反馈回路控制；此外，该微分求和电路的电路结构简单，成本低并且运行稳定可靠性高。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的微分求和电路的模块示意图；

图2为本发明一实施例提供的微分求和电路的电路原理图；

图3为本发明一实施例提供的微分求和电路的电源模块的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明较佳实施例提供的微分求和电路的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

参考图1，微分求和电路，包括：输入匹配电路模块10、微分电路模块20、信号选择电路模块30、加法电路模块40以及电源模块50。

其中，输入匹配电路模块10被配置为接入微分信号，并对微分信号进行滤波和电压跟随处理；微分电路模块20与输入匹配电路模块10连接，被配置为对微分信号进行微分处理，以输出微分作用信号；信号选择电路模块30与微分电路模块20连接，被配置为对微分作用信号进行正向调节、负向调节或正负调节，以输出微分结果；加法电路模块40与信号选择电路模块30连接，被配置为接入外部输入信号，并将外部信号和微分结果相加处理；电源模块50分别与输入匹配电路模块10、微分电路模块20、信号选择电路模块30以及加法电路模块40连接，被配置为供电。

如上述，输入匹配电路模块10对输入的微分信号进行滤波和电压跟随处理后向微分电路模块20输出，以使微分电路模块20对微分信号进行微分运算处理并向信号选择电路模块30输出微分作用信号，信号选择电路模块30根据实际情况对微分作用信号进行正向调节、负向调节或正负调节并向加法电路模块40输出微分结果，加法电路模块40对输入的外部信号和微分结果进行相加求和处理并输出微分运算结果。

在本实施例中，微分电路模块20对经过输入匹配电路模块10滤波和电压跟随处理的微分信号进行微分处理以输出微分作用信号，信号选择电路模块30选择正向调节、负向调节以及正负调节中的一种对微分作用信号进行调节以输出微分结果，并通过加法电路模块40对微分结果和接入的外部信号进行相加处理，该微分求和电路在实际应用中可通过信号选择电路对微分作用信号进行正向调节或者负向调节或者正负调节，使得微分运算精度高，同时避免了微分作用信号在输出时发生失真；同时，还设置加法电路模块40，可以引入外部信号与微分信号进行相加求和，从而实现对控制系统进行单变量或多变量的并联反馈回路控制；此外，该微分求和电路的电路结构简单，成本低并且运行稳定可靠性高。

在其中一个实施例中，参考图2，微分电路模块20包括：开关控制单元203、微分单元201以及微分反馈单元202；其中，开关控制单元203被配置为接入开关控制信号；微分单元201与输入匹配电路模块10和开关控制单元203连接，被配置为对微分信号进行微分处理，并根据开关控制信号控制输出微分作用信号；微分反馈单元202分别与微分单元201和开关控制单元203连接，被配置为根据开关控制信号控制对微分作用信号进行电压跟随。

在其中一个实施例中，参考图2，微分单元201包括：第一运算放大器a1、第一电位器p1、第二电位器p2、第三电位器p3、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、第六电阻r6、第七电阻r7、第一电子开关s1以及第一多刀开关cm1；其中，第一电阻r1的第一端接地，第一电阻r1的第二端与第三电位器p3的第一端连接，第三电位器p3的第二端、第二电位器p2的第一端、第七电阻r7的第一端以及第一运算放大器a1的输出端共接，第七电阻r7的第二端与第一电子开关s1的第一端连接，第一电子开关s1的第二端作为微分单元201的输出端并分别与微分反馈单元202和信号选择电路模块30连接，第三电位器p3的控制端、第二电阻r2的第一端、第三电阻r3的第一端以及第四电阻r4的第一端共接，第二电阻r2的第二端与第一多刀开关cm1的第一触点连接，第三电阻r3的第二端与第一多刀开关cm1的第二触点连接，第四电阻r4的第二端与第一多刀开关cm1的第三触点连接，第一多刀开关cm1的第四触点、第一多刀开关cm1的第六触点、第一多刀开关cm1的第八触点、第一多刀开关cm1的第十触点以及第一多刀开关cm1的第十二触点共接，第一多刀开关cm1的第五触点、第一多刀开关cm1的第七触点、第一多刀开关cm1的第九触点以及第一多刀开关cm1的第十一触点共接，第一多刀开关cm1的滑动端与微分反馈单元202连接，第二电位器p2的第二端、第二电位器p2的控制端以及第一电位器p1的第一端共接，第一电位器p1的第二端、第一电位器p1的控制端以及第五电阻r5的第一端共接至第一运算放大器a1的同相输入端，第五电阻r5的第二端作为微分单元201的第一输入端并与输入匹配电路模块10的输出端连接，第一运算放大器a1的反相输入端与第六电阻r6的第一端连接，第六电阻r6的第二端作为微分单元201的第二输入端并与微分反馈单元202的输出端连接。

在其中一个实施例中，参考图2，微分反馈单元202包括：第二运算放大器a2、第二电子开关s2、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第一二极管d1、第一电容c1以及第二电容c2；其中，第二电子开关s2的第一端作为微分反馈单元202的第一输入端并与微分单元201的输出端连接，第八电阻r8的第一端作为微分反馈单元202的第二输入端并与微分单元201连接，第二电子开关s2的第二端与第九电阻r9的第一端连接，第九电阻r9的第二端与第二开关管q2的控制端连接，第二开关管q2的输入端与电源模块50的第一电压输出端vcc1连接，第二开关管q2的输出端与第二运算放大器a2的同相输入端连接，第八电阻r8的第二端与第一开关管q1的输入端连接，第一开关管q1的输出端、第十电阻r10的第一端以及第二电容c2的第一端共接，第十电阻r10的第二端与第三开关管q3的控制端连接，第三开关管q3的输入端与电源模块50的第一电压输出端vcc1连接，第三开关管q3的输出端与第二运算放大器a3的反相输入端连接，第二运算放大器a3的输出端与第二电容c2的第二端共接作为微分反馈单元202的输出端并与微分单元201的第二输入端连接，第一开关管q1的控制端、第一二极管d1的阳极以及第一电容c1的第一端共接，第一二极管d1的阴极、第一电容c1的第二端、第二电子开关s2的控制端共接并与开关控制单元203的第一输出端连接。

在其中一个实施例中，参考图2，开关控制单元203包括：第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第四开关管q4、第五开关管q5以及第二二极管d2；其中，第二二极管d2的阳极作为开关控制单元203的输入端接入开关控制信号，第二二极管d2的阴极与第十六电阻r16的第一端连接，第十六电阻r16的第二端、第十四电阻r14的第一端以及第十五电阻r15的第一端共接，第十五电阻r15的第二端接地，第十四电阻r14的第二端与第五开关管q5的控制端连接，第五开关管q5的输入端、第十三电阻r13的第一端以及第十二电阻r12的第一端共接构成开关控制单元203的第二输出端，第十二电阻r12的第二端与第四开关管q4的控制端连接，第十三电阻r13的第二端与第四开关管q4的输出端连接，第五开关管q5的输出端与第十一电阻r11的第一端连接，第十一电阻r11的第二端与第四开关管q4的输入端共接构成开关控制单元203的第一输出端。

在本实施例中，第一运算放大器a1产生微分作用，第二运算放大器a2对反馈微分作用信号，第三电位器p3调节微分作用的增益，通过第一多刀开关cm1选择第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4三个量程中的一个量程，通过第三电位器p3在所选量程范围内可实现连续调整微分作用时间。在该微分求和电路工作时，第一电子开关s1闭合，第二电子开关s2断开，第一开关管q1截止，若开始输入的微分信号为零时，经过微分求和电路的微分运算后输出的信号也为零，即第二运算放大器a2的输入和输出均为零，使得第二电容c2不充电；若开始输入的微分信号不为零时，第一运算放大器a1的输出端立刻获得该微分信号乘以增益的电压信号，使电压信号通过第三电位器p3到第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4中的一个并通过第二多刀开关cm2对第二电容c2充电，第二电容c2的充电电压达到输出电压信号乘以第三电位器p3的分压系数时，经过第二电容c2的电流倾向于使第二运算放大器a2的反相输入端的电位下降到零以下，当第二运算放大器a2的同相输入端为零偏压，在第二运算放大器a2的两个输入端之间没有电位差存在时，第二运算放大器a2的输出端输出一个正电压到第一运算放大器a1的同向输入端，并对微分信号具有反向作用，在第二电容c2充电期间，第二运算放大器a2的输出电压增加，但微分作用信号减少，当微分作用信号减少到零电位时，第二电容c2没有电流路过，第二运算放大器a2的两个输入端均为零电位，此时第二电容c2充电完成。即第一运算放大器a1的两个输入端之间的电位差为零，第二电容c2充电，使施加到第一运算放大器a1的同相输入端的第二运算放大器a2的输出电压等于第二运算放大器a2的反相输入端的电压并等于微分信号。第七电位器可以抵消第二运算放大器a2的偏移电压，若输入电压为零，则输出电压也为零。第一电子开关s1、第二电子开关s2以及第一开关管q1为逻辑控制开关，用于取消微分作用；开关控制单元203接入的开关控制信号在手动控制时为1，自动控制时为0，在手动控制时，第一电子开关s1为断开，第二电子开关s2为闭合，第一开关管q1为导通；在自动控制时，第一电子开关s1为闭合，第二电子开关s2为断开，第一开关管q1为截止。

在其中一个实施例中，参考图2，输入匹配电路模块10包括：第三运算放大器a3、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7以及第二多刀开关cm2；其中，第十七电阻r17的第一端作为输入匹配电路模块10的输入端接入微分信号，第十七电阻r17的第二端、第三电容c3的第一端、第四电容c4的第一端、第五电容c5的第一端、第六电容c6的第一端以及第七电容c7的第一端共接至第三运算放大器a3的同相输入端，第三电容c3的第二端接地，第三运算放大器a3的反相输入端与第十八电阻r18的第一端连接，第十八电阻r18的第二端与第三运算放大器a3的输出端共接作为输入匹配电路模块10的输出端，第六电容c6的第二端、第二多刀开关cm2的第一动触点、第二多刀开关cm2的第二动触点以及第二多刀开关cm2的第三动触点共接，第七电容c7的第二端、第二多刀开关cm2的第一常开触点、第二多刀开关cm2的第二常开触点以及第二多刀开关cm2的第一常闭触点共接，第四电容c4的第二端、第二多刀开关cm2的第三常开触点以及第二多刀开关cm2的第四常开触点共接，第五电容c5的第二端与第二多刀开关cm2的第五常开触点连接。在本实施例中，第三运算放大器a3的增益为1，输出与输入的极性相同，第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第二多刀开关cm2以及第十七电阻r17构成滤波单元对接入的微分信号进行滤波处理，第三运算放大器a3对滤波处理后的微分信号进行电压跟随处理，第十六电容限制第三运算放大器a3的通频带，保护微分作用信号，防止噪声干扰。

在其中一个实施例中，参考图2，信号选择电路模块30包括：第四运算放大器a4、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第三二极管d3、第四二极管d4、第一跳线单元k1以及第二跳线单元k2；其中，第十九电阻r19的第一端与第一跳线单元k1的第一正负节点共接作为信号选择电路模块30的输入端接入微分作用信号，第十九电阻r19的第二端与第四运算放大器a4的同相输入端连接，第四运算放大器a4的反相输入端、第二十电阻r20的第一端、第二跳线单元k2的第二正节点以及第二跳线单元k2的第二负节点共接，第二十电阻r20的第二端接地，第三二极管d3的阳极、第四二极管d4的阴极以及第四运算放大器a4的输出端共接，第三二极管d3的阴极、第一跳线单元k1的第一正节点以及第二跳线单元k2的第一正节点共接，第四二极管d4的阳极、第一跳线单元k1的第一负节点以及第二跳线单元k2的第一负节点共接，第一跳线单元k1的第二正负节点、第一跳线单元k1的第二负节点以及第一跳线单元k1的第二正节点共接构成信号选择电路模块30的输出端。在本实施例中，由第一跳线单元k1和第二跳线单元k2根据实际情况选择正向调节、负向调节以及正负调节中的一种对微分作用信号进行调节，当用跳线将第一跳线单元k1的位置“±”连接时，该信号选择电路模块30对微分作用信号进行正负调节，并将正负调节后的微分作用信号直接输出至加法电路模块40；当用跳线将第一跳线单元k1的位置“+”、第二跳线单元k2的位置“+”连接时，该信号选择电路模块30对微分作用信号进行正向调节，第三二极管d3将正向调节后的微分作用信号反馈至第四运算放大器a4的反相输入端和输出至加法电路模块40；当用跳线将第一跳线单元k1的位置“﹣”、第二跳线单元k2的位置“﹣”连接时，该信号选择电路模块30对微分作用信号进行负向调节，第四运算放大器a4输出的正微分作用信号经过第四二极管d4被断开，使施加到第四运算放大器a4的同相输入端的微分作用信号变换为负微分作用信号，第四二极管d4将该负微分作用信号输出至加法电路模块40。此外，当第四运算放大器a4的两个输入端之间不存在长时间偏差时，施加到第四运算放大器a4的反相输入端和输出至加法电路模块40的信号等于输入的微分作用信号，无需对微分作用信号进行正向调节或者负向调节或者正负调节。

在其中一个实施例中，参考图2，加法电路模块40包括：第五运算放大器a5、第六运算放大器a6、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第二十五电阻r25、第二十六电阻r26、第二十七电阻r27、第二十八电阻r28、第二十九电阻r29、第三十电阻r30、第三十一电阻r31、第三十二电阻r32、第三十三电阻r33、第三十四电阻r34、第三十五电阻r35、第四电位器p4、第五电位器p5、第一稳压管zd1、第二稳压管zd2、第三稳压管zd3、第五二极管d5、第六二极管d6、第三多刀开关cm3以及第三跳线单元k3；其中，第二十二电阻r22的第一端、第二十一电阻r21的第一端、第三十二电阻r32的第一端、第三十四电阻r34的第一端以及第三十五电阻r35的第一端共接至第五运算放大器a5的反相输入端，第三十四电阻r34的第二端与第一外部信号输入端连接，第三十五电阻r35的第二端与第二外部信号输入端连接，第二十一电阻r21的第二端与第三多刀开关cm3的第一动触点连接，第三多刀开关cm3的第一常闭触点和第三多刀开关cm3的第一常开触点共接于地，第二十三电阻r23的第一端与第五运算放大器a5的同相输入端连接，第二十三电阻r23的第二端接地，第二十二电阻r22的第二端、第五运算放大器a5的输出端以及第二十四电阻r24的第一端共接，第二十四电阻r24的第二端、第五二极管的阳极、第六二极管的阴极、第六运算放大器a6的反相输入端、第三十电阻r30的第一端以及第三十一电阻r31的第一端共接，第三十一电阻r31的第二端与第三多刀开关cm3的第二动触点连接，第三多刀开关cm3的第二常闭触点和第三多刀开关cm3的第二常开触点共接作为加法电路模块40的输入端并与信号选择电路模块30的输出端连接，第三多刀开关cm3的第三常开触点、第三多刀开关cm3的第四常开触点、第三跳线单元k3的第一节点共接于地，第三跳线单元k3的第二节点与第五电位器p5的控制端连接，第三跳线单元k3的第三节点与第三十二电阻r32的第二端连接，第五电位器p5的第一端与第三稳压管zd3的阳极共接于地，第五电位器p5的第二端、第三稳压管zd3的阴极以及第三十三电阻r33的第一端共接，第三十三电阻r33的第二端与电源模块50的第一电压输出端vcc1连接，第五二极管的阴极、第六二极管的阳极以及第二十五电阻r25的第一端共接至第六运算放大器a6的同相输入端，第二十五电阻r25的第二端、第二十六电阻r26的第一端以及第二十七电阻r27的第一端共接，第二十六电阻r26的第二端接地，第二十七电阻r27的第二端与第四电位器p4的控制端连接，第四电位器p4的第一端与电源模块50的第二电压输出端vcc2连接，第四电位器p4的第二端与电源模块50的第一电压输出端vcc1连接，第六运算放大器a6的输出端与第二十八电阻r28的第一端连接，第二十八电阻r28的第二端、第二十九电阻r29的第一端以及第一稳压管zd1的阳极共接，第一稳压管zd1的阴极与第二稳压管zd2的阴极连接，第二稳压管zd2的阳极接地，第三十电阻r30的第二端与第二十九电阻r29的第二端共接作为加法电路模块40的输出端。在本实施例中，第五二极管和第六二极管保护输入，第一稳压管zd1和第二稳压管zd2保护输出，防止反馈到加法电路模块40的输出端过电压，第十一电容限制第十五运算放大器的通频带，加法电路模块40可以接收两个外部信号，还可以接收一个经过第五电位器p5调整的偏压信号，该偏压信号可由第三跳线单元k3设定，加法电路模块40的偏移电压可由第四电位器p4抵消，使得在输入的微分作用信号为零时，输出信号也为零。

在其中一个实施例中，参考图3，电源模块50包括：降压单元501和极性变换单元502；其中，降压单元501被配置为对输入电压进行降压处理以输出稳定电压；极性变换单元502与降压单元501连接，被配置为对稳定电压进行正负极性变换。

此外，还提供了一种用电设备，包括上述的微分求和电路。

本发明的有益效果：

1、在实际应用中可通过信号选择电路对微分作用信号进行正向调节或者负向调节或者正负调节，使得微分运算精度高，同时可以避免微分作用信号在输出时发生失真。

2、通过设置加法电路模块，可以引入外部信号与微分信号进行相加求和，从而实现对控制系统进行单变量或多变量的并联反馈回路控制。

3、该微分求和电路的电路结构简单，使得成本低，并且能够稳定的运行，安全可靠性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。