一种直流模拟量输出的电子电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种直流模拟量输出的电子电路，主要应用在工矿企业、楼宇等输配电设备或工业场合参量监测设备中，特别对于被监测量值的测量精度要求非常高的场所。
【背景技术】
[0002]4 - 20mA直流模拟量输出广泛用作工业领域的模拟通信接口，可以方便地通过双绞线将远端传感器数据传送到控制中心的可编程逻辑控制器(PLC)。这种接口简单、可实现数据的长距离可靠传输，具有良好的抗噪性，实施成本较低，非常适合长期的工业过程控制以及远端自动监测。为工业场合开发的设备通常情况下都会具有4-20mA输出接口，现有技术多采用外加一块独立的DAC芯片实现模拟量的控制，或者采用PffM+电容滤波电路来摸拟DA，这种硬件电路，不但增加了硬件配置的复杂性，也带来温漂和长期稳定性问题，从而不能正确、快速地反应出被检测量。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，降低了设备成本和故障点，精度高、稳定性好、漂移小以及编程方便的直流模拟量输出的电子电路。
[0004]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:该直流模拟量输出的电子电路，其特征在于:包括高线性模拟光电耦合器、电流环输出驱动三极管、一级运算放大器、二级运算放大器、三级运算放大器、第二电阻、第五电阻和具有自带的DAC的混合信号微控制器，混合信号微控制器通过第二电阻分别接第一运算放大器和高线性模拟光电耦合器，高线性模拟光电耦合器接二级运算放大器，二级运算放大器的输出端接三级运算放大器的同相输入端，三级运算放大器的输出端通过第五电阻与电流环输出驱动三极管的第一引线脚连接，电流环输出驱动三极管的第二引线脚与三级运算放大器的反向输入端连接。混合信号微控制器通过内部高速计算，得出4~20mA输出所对应的DA值，把计算值直接送内部专用控制寄存器，混合信号微控制器的DAC 口对应输出当前的直流电压，驱动转换电路输出4~20mA电流信号，重复以上过程，从而实现精准测量输出；一级运算放大器、二级运算放大器和三级运算放大器选用的型号为0PA333，这是一颗非常优异的单电源轨至轨运算放大器，其工作电压为2.7-5.5V，其失调电压仅为10uV，实测最低输出为30uV，最高输出可达VCC-30uV，本电子电路组成压控恒流源，其关键在于0PA333这颗芯片的优异性能，使得以上电路获得了极高的精度和稳定性；高线性模拟光耦，在本电子电路中主要是用于实现系统内部信号与外部模拟信号的隔离，其具有超低非线性(0.01%)、低增益温度系数(-65ppm/°C)、宽带(DC:>1 MHz)的特点，输入光电二极管可用于监测，并借此稳定LED的光输出。因此，LED的非线性和漂移特性几乎可被完全消除，输出二极管则产生一个跟LED的光输出线性相关的光电流，光电二极管之间的密切配合，和封装上的先进设计，确保了高线性模拟光耦的高线性和稳定增益特性；DAC1来自于混合信号微控制器的DAC输出，由第二电阻隔离后进入一级运算放大器，并由高线性模拟光耦进行1:1隔离缓冲，在第五电阻上形成检测电压，后经过电流环输出驱动三极管进行电流放大。
[0005]本实用新型还包括肖特基二极管、第一电感、第二电感、第六电阻和瞬变抑制，电流环输出驱动三极管的第三引线脚与第一电感连接，第一电感、瞬变抑制、第二电感、第六电阻和肖特基二极管依次连接。肖特基二极管保护输出电路不受反向电流损害，第一电感、第二电感和瞬变抑制用于对输出接口进行保护，滤除外部的干扰信号，4-20mA直流模拟量输出信号由4-20mA+/4-20mA-之间输出。
[0006]本实用新型还包括电源、第一电阻和第一电容，电源通过第一电阻与高线性模拟光电耦合器连接，高线性模拟光电耦合器连接与第一电容连接。高线性模拟光耦工作在光电压模式下，信号为正极性输入，正极性输出，第一电阻调节一级运算放大器的输入偏置电流的大小，第一电容起反馈作用，同时滤除了电路中的毛刺信号，避免高线性模拟光耦中的铝砷化镓发光二极管受到意外的冲击。
[0007]本实用新型所述混合信号微控制器的型号为C8051F120。
[0008]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:结构简单，设计合理，防水效果好，操作方便。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型实施例中直流模拟量输出的电子电路的结构原理图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0011]实施例。
[0012]参见图1，本实施例中的直流模拟量输出的电子电路包括包括高线性模拟光电耦合器OCl、电流环输出驱动三极管Ql、一级运算放大器U2A、二级运算放大器U3A、三级运算放大器U3B、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、混合信号微控制器C8051F120、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一电感L1、第二电感L2、肖特基二极管Dl、瞬变抑制TVS、电源VCC。
[0013]本实施例中的混合信号微控制器C8051F120通过第二电阻R2分别接第一运算放大器U2A和高线性模拟光电耦合器OCl，高线性模拟光电耦合器OCl接二级运算放大器U3A，二级运算放大器U3A的输出端接三级运算放大器U3B的同相输入端，三级运算放大器U3B的输出端通过第五电阻R5与电流环输出驱动三极管Ql的第一引线脚连接，电流环输出驱动三极管Ql的第二引线脚与三级运算放大器U3B的反向输入端连接。混合信号微控制器C8051F120通过内部高速计算，得出4~20mA输出所对应的DA值，把计算值直接送内部专用控制寄存器，混合信号微控制器C8051F120的DAC 口对应输出当前的直流电压，驱动转换电路输出4~20mA电流信号，重复以上过程，从而实现精准测量输出；一级运算放大器U2A、二级运算放大器U3A和三级运算放大器U3B选用的型号为0PA333，这是一颗非常优异的单电源VCC轨至轨运算放大器，其工作电压为2.7-5.5V，其失调电压仅为10uV，实测最低输出为30uV，最高输出可达VCC-30uV，本电子电路组成压控恒流源，其关键在于0PA333这颗芯片的优异性能，使得以上电路获得了极高的精度和稳定性；高线性模拟光耦，在本电子电路中主要是用于实现系统内部信号与外部模拟信号的隔离，其具有超低非线性(0.01%)、低增益温度系数(-65 ppm/°C)、宽带(DC:>1 MHz)的特点，输入光电二极管可用于监测，并借此稳定LED的光输出。因此，LED的非线性和漂移特性几乎可被完全消除，输出二极管则产生一个跟LED的光输出线性相关的光电流，光电二极管之间的密切配合，和封装上的先进设计，确保了高线性模拟光耦的高线性和稳定增益特性；DAC1来自于混合信号微控制器C8051F120的DAC输出，由第二电阻R2隔离后进入一级运算放大器U2A，并由高线性模拟光耦进行1:1隔离缓冲，在第五电阻R5上