无源整形电路的制作方法
本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种无源整形电路。
背景技术：
在工业环境下，一般使用光耦隔离来消除共模噪声对信号的干扰，但是光耦隔离无法完全消除差模噪声对信号的干扰。
目前，消除目标信号中携带的差模噪声主要采用有源整形电路。有源整形电路虽然能够有效滤除差模噪声，但是此种方法需要额外提供一路隔离电源为整形电路供电，增加了电路的复杂性，并提高了整形电路的成本。另外，还可以采用滤波方式(例如通过rc滤波电路)消除差模噪声，这种方法在噪声带宽不确定的情况下，很容易滤除有用信号，或者对部分干扰无法起到作用，在噪声较高的情况下，也可能存在滤波效果较差的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种简单、有效地滤除差模噪声的无源整形电路。
为了实现上述目的，本发明提供一种无源整形电路，所述无源整形电路包括：第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻。
其中，所述第一三极管的发射极与所述无源整形电路的负极输入端连接，所述第一三极管的集电极经由所述第一电阻与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的基极经由所述第二电阻与所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极经由所述第三电阻与所述负极输入端连接，所述第二三级管的基极通过所述第四电阻与所述负极输入端连接，所述第二三级管的基极通过所述第五电阻与所述正极输入端连接，所述第二三极管的发射极与所述无源整形电路的正极输入端连接，所述第二三极管的集电极连接所述无源整形电路的正极输出端，所述负极输入端连接所述无源整形电路的负极输出端。
其中，所述第一三极管、第二三级管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻用于确定上升沿导通阈值和下降沿导通阈值，使得输入所述无源整形电路的脉冲信号在由低电平向高电平转换，且电压小于所述上升沿导通阈值时，以及在由高电平向低电平转换，且电压小于所述下降沿导通阈值时被关断。
可选地，所述无源整形电路还包括：第一二极管和第二二极管，其中，所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述负极输入端连接，所述第二三极管的发射极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与所述第二三极管的集电极连接。
可选地，所述无源整形电路还包括：第三三极管、第六电阻和第七电阻，其中，所述第三三极管的发射极与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的基极经由所述第六电阻与所述正极输入端连接，所述第三三极管的基极经由所述第七电阻与所述负极输入端连接，所述第三三极管的集电极连接所述正极输出端。
可选地，所述无源整形电路还包括：第三二极管和第四二极管，其中，所述第三三极管的基极与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的集电极与所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极与所述第二三极管的集电极连接。
可选地，所述无源整形电路还包括：第一二极管、第二二极管、第三三极管、第六电阻、第七电阻、第三二极管和第四二极管。
其中，所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述负极输入端连接，所述第二三极管的发射极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的发射极与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的集电极连接所述正极输出端，所述第三三极管的基极与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的集电极与所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极与所述第二三极管的集电极连接，所述第三三极管的基极经由所述第六电阻与所述正极输入端连接，所述第三三极管的基极经由所述第七电阻与所述负极输入端连接。
根据以下方程来确定所述上升沿导通阈值和所述下降沿导通阈值：
vt1＜vtl；
其中，vth为所述上升沿导通阈值，vbeq2为所述第二三极管的导通压降，vtl为所述下降沿导通阈值，vceq1为所述第一三极管集电极与发射极之间的电压值，vt1为所述输入信号在高电平向低电平转换过程中所述第二三极管集电极的电压值，vbeq1为所述第一三极管的导通压降，r1为所述第一电阻的电阻值，r2为所述第二电阻的电阻值，r3为所述第三电阻的电阻值，r4为所述第四电阻的电阻值，r5为所述第五电阻的电阻值，r6为所述第六电阻的电阻值，r7为所述第七电阻的电阻值，vt3为所述第三三极管的基极电压值，vta为所述脉冲信号的电压值，vj为所述第三三极管工作在放大区时的电压值，β1为所述第一三极管的放大系数，β2为所述第二三极管的放大系数，vd3为所述第三二极管的电压值，vbe2为所述第二三极管的基极与发射极之间的电压值，vbeq3为所述第三三极管的导通压降。
可选地，所述无源整形电路还包括负载电阻，所述负载电阻连接在所述正极输出端和所述负极输出端之间。
通过上述技术方案，能够通过改变无源整形电路中的器件参数来设置上升沿导通阈值和下降沿导通阈值，使得流经该无源整形电路的脉冲信号在由低电平向高电平转换，且电压小于上升沿导通阈值时，以及在由高电平向低电平转换，且电压小于下降沿导通阈值时被关断。这样，能够有效地滤除脉冲信号中携带的差模噪声，且抗干扰能力强，稳定性好，同时，该无源整形电路结构简单，无需外置隔离电源提供电能。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一实施方式提供的无源整形电路的电路图；
图2是根据本发明的另一实施方式提供的无源整形电路的电路图；
图3是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图；
图4是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图；
图5是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图；
图6是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图；以及
图7a和7b是在本发明的一种实施方式下提供的无源整形电路的输入/输出的时域波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是根据本发明的一实施方式提供的无源整形电路的电路图。如图1所示，该无源整形电路可以包括第一三极管q1、第二三极管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5。
其中，第一三极管q1的发射极与无源整形电路的负极输入端in-连接，第一三极管q1的集电极经由第一电阻r1与第二三极管q2的基极连接，第一三极管q1的基极经由第二电阻r2与第二三极管q2的集电极连接，第一三极管q1的基极经由第三电阻r3与负极输入端in-连接，第二三级管q2的基极通过第四电阻r4与负极输入端in-连接，第二三级管q2的基极通过第五电阻r5与正极输入端in+连接，第二三极管q2的发射极与无源整形电路的正极输入端in+连接，第二三极管q2的集电极连接无源整形电路的正极输出端out+，负极输入端in-连接无源整形电路的负极输出端out-。
其中，第一三极管q1、第二三级管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4以及第五电阻r5用于确定上升沿导通阈值和下降沿导通阈值，使得输入无源整形电路的脉冲信号在由低电平向高电平转换，且电压小于上升沿导通阈值时，以及在由高电平向低电平转换，且电压小于下降沿导通阈值时被关断。
如图1所示，示例性地，第一三极管q1可以是npn型三极管，第二三级管q2可以是pnp型三极管。当有脉冲信号流入时，在电路启动的过程中，脉冲信号由低电平向高电平转换，第二电阻r2和第三电阻r3串联，能够使第一三极管q1的集电极和基极之间产生正向电压差，使得第一三极管q1的发射结正偏，第一三极管q1工作在放大区。同时，第一三极管q1的集电极输出的电流可以经由第一电阻r1影响第二三极管q2的基极电压值，当脉冲信号的电压值继续上升时，第一三极管q1会进入饱和区工作，其集电极输出的电流不再随脉冲信号电压值的变化而变化，此时，第一三极管q1的集电极输出的电流经由第一电阻r1将第二三极管q2的基极电压值钳位在一固定值，脉冲信号的电压值不大于该固定值时，则第二三极管q2进入截止区工作，其基极与集电极之间为断路，本发明提供的无源整形电路无信号输出，即电压值为接近于0v；脉冲信号的电压值继续上升，当其大于第二三极管q2的基极电压值时，使第二三极管q2也进入饱和区工作，此时，本发明提供的无源整形电路输出脉冲信号，该固定值则为脉冲信号的上升沿导通阈值。
当脉冲信号开始由高电平向低电平转换时，第一三极管q1还工作在饱和区，其集电极的电流不受脉冲信号变化的影响，第一三极管q1经由第一电阻r1影响第二三极管q2的基极电压值，当脉冲信号的电压值继续下降，第一三极管q1将无法继续在饱和区工作，受第一电阻r1影响的第二三极管q2的基极电压值也不再是固定值，第四电阻r4和第五电阻r5串联，使得第一三极管q1不在饱和区工作时，第二三极管q2的发射极与基极之间能够产生电压差，该电压差大于第二三极管q2的导通压降时，第二三极管q2导通，第二三级管q2的发射极电压值小于其基极电压值时，第二三级管q2能够可靠地工作在截止区，应该理解的是本发明并不限制第二三极管q2的具体型号，其中，第二三极管q2的导通压降可以例如是0.7v，使得第二三级管q2由饱和区进入截止区的临界电压值即为脉冲输入信号的下降沿导通阈值。脉冲信号在由高电平向低电平转换且其电压值大于该下降沿导通阈值时，第二三极管q2处于饱和状态，无源整形电路导通，输出脉冲信号；当脉冲信号的电压值小于该下降沿导通阈值时，第二三极管q2进入截止区工作，无信号输出，即电压值为接近于0v。
通过上述技术方案，能够通过改变无源整形电路中的器件参数来设置上升沿导通阈值和下降沿导通阈值，使得流经该无源整形电路的脉冲信号在由低电平向高电平转换，且电压小于上升沿导通阈值时，以及在由高电平向低电平转换，且电压小于下降沿导通阈值时被关断。这样，能够有效地滤除脉冲信号中携带的差模噪声，且抗干扰能力强，稳定性好，同时，该无源整形电路结构简单，无需外置隔离电源提供电能。
图2是根据本发明的另一实施方式提供的无源整形电路的电路图。如图2所示，在图1的基础上，该无源整形电路还可以包括第一二极管d1和第二二极管d2。
其中，第一三极管q1的集电极与第一二极管d1的阴极连接，第一二极管d1的阳极与负极输入端in-连接，第二三极管q2的发射极与第二二极管d2的阴极连接，第二二极管d2的阳极与第二三极管q2的集电极连接。
由于电路在启动或关断的瞬间可能会产生几倍于输入电压的反向大电压，因此为了避免反向大电压击穿三极管，可以在第一三极管q1的发射极与集电极之间连接第一二极管d1，以及在第二三极管q2的发射极与集电极之间连接第二二极管d2，为反向电流提供回路，以保护三极管。另外，本发明提供的无源整形电路不对第一二极管d1、第二二极管d2的具体型号进行限制，具有单向导通功能的二极管均属于本发明的保护范围之内。
图3是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图。如图3所示，在图1的基础上，该无源整形电路还可以包括：第三三极管q3、第六电阻r6和第七电阻r7。其中，第三三极管q3的发射极与第二三极管q2的集电极连接，第三三极管q3的基极经由第六电阻r6与正极输入端in+连接，第三三极管q3的基极经由第七电阻r7与负极输入端in-连接，第三三极管q3的集电极连接正极输出端out+。
由于脉冲信号在上升沿导通阈值附近进行高低电平转换时，其中携带的噪声可能会使第一三极管q1和第二三级管q2进入线性放大区，从而产生对整形效果不利的开关毛刺。第六电阻r6和第七电阻r7串联分压，通过设置第六电阻r6的电阻值以及第七电阻r7的电阻值可以设置第三三极管q3的基极电压值，以使在第二三级管q2集电极输出的整形信号的电压值大于第三三极管q3的基极电压值，第三三极管q3才导通；第二三级管q2集电极输出的整形信号的电压值小于第三三极管q3的基极电压值时，第三三极管q3能够可靠截止。该实施例中提供的无源整形电路中，能够滤除掉前述实施例中输出信号中的毛刺，因此改善了整形效果。
图4是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图。如图4所示，在图3的基础上，该无源整形电路还可以包括第三二极管d3和第四二极管d4。其中，第三三极管q3的基极与第三二极管d3的阳极连接，第三二极管d3的阴极与第二三极管q2的集电极连接，第三三极管q3的集电极与第四二极管d4的阳极连接，第四二极管d4的阴极与第二三极管q2的集电极连接。
由此，设置第三二极管d3可以使第二三级管q2与第三三极管q3在正常情况下不导通，避免互相干扰，同时为了保护第三三极管q3，设置第四二极管d4为反向电流提供导通回路。类似地，本发明并不限制第三二极管d3以及第四二极管d4的具体型号，只要能够实现单向导通的二极管均属于本发明的保护范围之内。
图5是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图。如图5所示，在图1的基础上，该无源整形电路还可以包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三三极管q3、第六电阻r6、第七电阻r7、第三二极管d3和第四二极管d4。
其中，第一三极管q1的集电极与第一二极管d1的阴极连接，第一二极管d1的阳极与负极输入端in-连接，第二三极管q2的发射极与第二二极管d2的阴极连接，第二二极管d2的阳极与第二三极管q2的集电极连接，第三三极管q3的发射极与第二三极管q2的集电极连接，第三三极管q3的集电极连接正极输出端out+，第三三极管q3的基极与第三二极管d3的阳极连接，第三二极管d3的阴极与第二三极管q2的集电极连接，第三三极管q3的集电极与第四二极管d4的阳极连接，第四二极管d4的阴极与第二三极管q2的集电极连接，第三三极管q3的基极经由第六电阻r6与正极输入端in+连接，第三三极管q3的基极经由第七电阻r7与负极输入端in-连接。
根据以下方程来确定上升沿导通阈值和下降沿导通阈值：
vt1＜vtl；
其中，vth为上升沿导通阈值，vbeq2为第二三极管q2的导通压降，vtl为下降沿导通阈值，vceq1为第一三极管q1集电极与发射极之间的电压值，vt1为输入信号在高电平向低电平转换过程中第二三极管q2集电极的电压值，vbeq1为第一三极管q1的导通压降，r1为第一电阻r1的电阻值，r2为第二电阻r2的电阻值，r3为第三电阻r3的电阻值，r4为第四电阻r4的电阻值，r5为第五电阻r5的电阻值，r6为第六电阻r6的电阻值，r7为第七电阻r7的电阻值，vt3为第三三极管q3的基极电压值，vta为脉冲信号的电压值，vj为第三三极管q3工作在放大区时的电压值，β1为第一三极管q1的放大系数，β2为第二三极管q2的放大系数，vd3为第三二极管d3的电压值，vbe2为第二三极管q2的基极与发射极之间的电压值，vbeq3为第三三极管q3的导通压降。
如图5所示，第四电阻r4与第五电阻r5串联分压，第二三极管q2处于进入饱和区工作的临界状态时，其发射结正偏，第五电阻r5两端的电压即是第二三极管q2的导通压降，脉冲信号此时的电压值可以表示为：
脉冲信号开始由高电平向低电平转换时，第一三极管q1由饱和区向截止区转换，在其临界状态下，第一三极管q1的发射极与集电极之间的电流很小，第二三极管q2基极的电压值可以认为是第一电阻r1与第四电阻r4并联后再与第五电阻r5串联所对应的电压值，利用第二三极管q2与第一电阻r1、第四电阻r4以及第五电阻r5的连接关系，第二三极管q2基极的电压值veq2可以表示为：
另外，脉冲信号继续下降，为避免第二三极管q2进入放大区工作，需要其集电结反偏，基极与集电极之间产生反向电压差，根据电路连接关系，第二三极管q2的集电极电压值vt1可以表示为：
如图5所示，第六电阻r6与第七电阻r7串联，为第三三极管q3提供基极电压值，根据电路的连接关系第三三极管q3的基极电压值vt3可以表示为：
在一种实施方式中，可以设置第六电阻r6的电阻值与第七电阻r7的电阻值相等，则第三三极管q3的基极电压值vt3可以为
另外，当脉冲信号由低电平向高电平转换时，避免第三三极管q3进入放大区工作，需要第二三级管q2集电极输出的整形信号的电压值大于第三三极管q3工作在放大区的电压值vj。第二三级管q2集电极输出的整形信号的电压值即是第三三极管q3发射极的电压值ve3，第三三极管q3的发射极电压值ve3可以由第三三极管q3的基极电压值vb3与其导通压降vbeq3的和来表示。因此第三三极管q3发射极的电压值ve3可以表示为：
根据电路连接关系，第一三极管q1的导通压降vbeq1可以表示为：
由此，可以根据不同脉冲信号的需求，通过选择三极管的型号以及各个电阻的电阻值灵活地设置脉冲输入信号的上升沿导通阈值、下降沿导通阈值以及滤除开关毛刺的整形阈值，以使本发明提供的无源整形电路可以适用于不同的脉冲信号。
图6是根据本发明的又一实施方式提供的无源整形电路的电路图。如图6所示，在图5的基础上，该无源整形电路还可以包括负载电阻r8，负载电阻r8连接在正极输出端out+和负极输出端out-之间。增加负载电阻r8能够使得无源整形电路的输出信号电压值更加稳定。
图7a和7b是在本发明的一种实施方式下提供的无源整形电路的输入/输出的时域波形图。其中，图7a所示的正弦波的灰色部分是脉冲信号经过无源整形电路后不被输出的部分。图7b中的波形为脉冲信号经过无源整形电路后输出的波形图。横轴表示时间t，单位是毫秒(ms)，纵轴表示脉冲信号的电压值，单位是伏特(v)。输入信号采用了正弦波叠加大噪声的方式，整个正弦波形表示输入无源整形电路的脉冲信号，其中，黑色部分表示无源整形电路的输出信号。该无源整形电路在脉冲信号由低电平向高电平转换且其电压值大于上升沿导通阈值时导通；在脉冲信号由高电平向低电平转换且其电压值小于下降沿导通阈值时，不输出信号。由此，电压值接近低电平且不为负电压的时候，其输出信号的电压是稳定的，未受到大噪声的影响，能够有效滤除脉冲信号中携带的差模噪声。对于光耦输入来说，只对接近低电平处的电压变化比较敏感，不会受到高电平处噪声的影响。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
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