偏置放大电路的制作方法

本实用新型涉及自动控制领域，特别是涉及偏置放大电路。

背景技术：

在自动控制领域中，自动控制系统常采用1～5V标准工业信号。通常，在传统的自动控制系统中，1～5V标准工业信号需要经过多重运算以完成识别、测量和控制等功能，而在计算时需要采用差分放大器或仪表放大器，差分放大器或仪表放大器成本高，且易受到干扰。

技术实现要素：

基于此，有必要针对采用差分放大器或仪表放大器易受到干扰的问题，提供一种偏置放大电路。

一种偏置放大电路，包括：输入电阻网络、放大模块、设定点模块、负反馈模块；

所述放大模块包括运算放大器，所述运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端；

所述设定点模块连接所述同相输入端，用于产生设定电压并传输至所述同相输入端；

所述输入电阻网络的一端用于接收输入电压，另一端连接所述反相输入端，所述反相输入端的电压与所述同相输入端的电压相同；

所述负反馈模块的一端分别连接所述反相输入端和所述输入电阻网络，另一端连接所述输出端，用于根据所述设定电压将所述输入电压转换为输出电压并从所述输出端输出。

在其中一个实施例中，还包括滤波模块，所述滤波的一端连接所述输入电阻网络，另一端连接所述反相输入端。

在其中一个实施例中，还包括保护模块，所述保护模块的一端分别连接所述反相输入端和所述输入电阻网络，另一端连接所述输出端。

在其中一个实施例中，还包括消振模块，所述消振模块的一端分别连接所述反相输入端和所述输入电阻网络，另一端连接所述输出端。

在其中一个实施例中，输入电阻网络包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述滤波模块包括电容C1；

所述电阻R1一端用于接收输入信号，另一端连接所述电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接所述反相输入端；

所述电容C1的一端分别连接所述电阻R2的一端和所述电阻R3的一端，所述电容C1的另一端接地。

在其中一个实施例中，设定点模块包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和可变电阻R7；

所述电阻R4的一端连接所述电源电压，所述电阻R4的另一端连接所述可变电阻R7的第一端，所述可变电阻R7的第二端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端接地，所述电阻R6的一端连接所述可变电阻R7的第三端，所述电阻R6的另一端连接所述正相输入端。

在其中一个实施例中，所述负反馈模块包括电阻R8，所述电阻R8的一端分别连接所述反相输入端和所述电阻R3的一端，另一端连接所述输出端。

在其中一个实施例中，所述电阻R8的阻值与所述电阻R1、所述电阻R2和所述电阻R3的阻值之和相同。

在其中一个实施例中，所述消振模块包括电容C2，所述电容C2的一端分别连接所述反相输入端和所述电阻R3的一端，另一端连接所述输出端。

在其中一个实施例中，所述保护模块包括稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的阳极分别连接所述反相输入端和所述电阻R3的一端，阴极连接所述输出端。

上述偏置放大电路利用运算放大器的虚短虚断特性，采用设定点模块在运算放大器的同相输入端输入设定电压，使得运算放大器的反相输入端电压也为设定电压。然后采用输入电阻网络和负反馈模块对输入信号进行分压，则可调节负反馈模块和输入电阻网络的比例，将输入信号转换为需要的输出电压，以便后级电路方便地进行计算。上述电路结构简单成本低，且可通过调节电路元件得到需要的输出电压，方便控制。

附图说明

图1为本申请的一个实施例提供的偏置放大电路模块示意图；

图2为本申请的又一实施例提供的偏置放大电路模块示意图；

图3为本申请的一个实施例提供的偏置放大电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本实用新型。

请参见图1，本申请的一个实施例提供一种偏置放大电路，包括输入电阻网络100、放大模块200、设定点模块300和负反馈模块400。其中，放大模块200包括运算放大器A1，运算放大器A1包括同相输入端、反相输入端和输出端。设定点模块300连接运算放大器A1的同相输入端，用于产生设定电压并传输至同相输入端。输入电阻网络100的一端用于接收输入信号，另一端连接运算放大器A1的反相输入端。负反馈模块400的一端分别连接运算放大器A1的反相输入端和输入电阻网络100，另一端连接运算放大器A1的输出端。

具体的，输入电阻网络100一端用于输入1～5V标准工业信号，另一端连接运算放大器A1的反相输入端，用于提高运算放大器A1的输入电阻。

设定点模块300一端连接电源电压，另一端连接运算放大器A1的同相输入端。设定点模块300可根据电源电压输出设定电压至同相输入端。当运算放大器A1稳定时，即运算放大器A1处于线性状态，运算放大器A1的同相输入端与反相输入端电压相同，故运算放大器A1的反相输入端电压也为设定电压。当运算放大器A1处于线性状态时，运算放大器A1的反相输入端没有电流流入流出，故输入电阻网络100和负反馈模块400可看做串联连接。由于负反馈模块400和输入电阻网络100分压，在已知输入信号和反向输入端电压时，可调节负反馈模块400和输入电阻网络100的比例，得到需要的输出电压。

上述偏置放大电路利用运算放大器A1的虚短虚断特性，采用设定点模块300在运算放大器A1的同相输入端输入设定电压，使得运算放大器A1的反相输入端电压也为设定电压。然后采用输入电阻网络100和负反馈模块400对输入信号进行分压，则可调节负反馈模块400和输入电阻网络100的比例，将输入信号转换为需要的输出电压，以便后级电路方便地进行计算。上述电路结构简单，成本低，且可通过调节电路元件得到需要的输出电压，方便控制。

在其中一个实施例中，请参见图2，偏置放大电路还包括滤波模块400。滤波模块400的一端连接输入电阻网络100和运算放大器A1的反相输入端，另一端连接运算放大器A1的输出端。滤波模块400用于滤除输入信号中的噪声。

在其中一个实施例中，请继续参见图2，偏置放大电路还包括消振模块500。消振模块500的一端分别连接输入电阻网络100的一端和运算放大器A1的反相输入端，另一端连接运算放大器A1的输出端。消振模块500用于防止偏置放大电路振荡。

在其中一个实施例中，请继续参见图2，偏置放大电路还包括保护模块600。保护模块600的一端分别连接输入电阻网络100的一端和运算放大器A1的反相输入端，另一端连接运算放大器A1的输出端。保护模块600用于保护运算放大器在安全的电压范围内工作。

进一步的，请参见图3，在其中一个实施例中，输入电阻网络100包括电阻R1、电阻R2和电阻R3。其中，电阻R1一端用于接收输入信号，另一端连接电阻R2的一端。电阻R2的另一端连接电阻R3的一端。电阻R3的另一端连接运算放大器A1的反相输入端。

具体的，本实施例中，输入电阻网络100用于提高运算放大器A1的输入电阻，以减小输入信号的损耗。电阻R1的一端用于接收输入信号，本实施例中，输入信号可以是1～5V工业标准信号。

设定点模块300包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和可变电阻R7。其中，电阻R4的一端连接电源电压，电阻R4的另一端连接所述可变电阻R7的第一端，可变电阻R7的第二端连接所述电阻R5的一端。电阻R5的另一端接地。电阻R6的一端连接所述可变电阻R7的第三端，所述电阻R6的另一端连接所述正相输入端。可变电阻R7的第三端为可变动的连接端，第三端接入电路中的位置不同，可变电阻R7接入电路的阻值也不同。本实施例中，电源电压经电阻R4、可变电阻R7和电阻R6分压产生设定电压，并输入运算放大器A1的同相输入端。设定电压的大小可根据可变电阻R7接入电路中的阻值调整。当运算放大器A1稳定时，运算放大器A1的同相输入端和反相输入端的电压相同，即运算放大器A1的反相输入端电压也为设定电压。

负反馈模块400包括电阻R8。电阻R8的一端分别连接运算放大器A1的反相输入端和电阻R3的一端，另一端连接运算放大器A1的输出端。当运算放大器A1处于稳定状态时输入电阻网络100和负反馈模块400串联连接，即电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R8串联连接，则流过电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R8的电流相同，在已知输入信号的电压和运算放大器A1反相输入端电压时，容易算出运算放大器A1的输出端的电压。本实施例通过选取合适的设定电压及电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R8的阻值，可输出需要的电压，电路结构简单易于实现，且不易受到外界干扰。

在一个实施例中，滤波模块包括电容C1、电阻R2和电阻R3，电容C1的一端分别连接电阻R2的一端和电阻R3的一端，电容C1的另一端接地，电阻与电容组成的RC滤波电路可用于对反向输入端输入的信号进行滤波，以滤除信号中的噪声。

在一个实施例中，消振模块包括电容C2。电容C2的一端分别连接反相输入端和电阻R3的一端，另一端连接所述输出端，可防止偏置放大电路振荡。

在一个实施例中，保护模块包括稳压二极管D1。稳压二极管D1的阳极分别连接反相输入端和电阻R3的一端，阴极连接所述输出端。当输入端电压较大时，稳压二极管D1可将输入端和输出端电压稳定在稳压二极管的击穿电压附近，保证运算放大器的安全使用。

下面，对图3所示偏置放大电路的工作原理进行说明：

首先，设定点模块300在电源电压V1的作用下输出设定电压。通过调节可变电阻R7，通过电阻R4、可变电阻R7和电阻R6对电源电压V1进行分压，可以得到需要的设定电压，本实施例中，设定电压可以为0.5V，即运算放大器A1的同相输入端的电压为0.5V。当运算放大器A1处于稳定状态时，其同相输入端与反相输入端的电压相同，则反相输入端的电压也为0.5V。

本实施例中，输入电阻网络100的输入端输入的信号可以为1V～5V的标准工业信号,电阻R2、电阻R3和电容C1组成的RC滤波电路可以滤除信号中的噪声。当输入信号为1V时，由于运算放大器A1处于稳定状态，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R8可看做串联连接，则流过电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R8的电流相同。在已知输入信号的电压和反相输入端的电压的情况下，通过调节电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R8的阻值比例，可以得到需要的输出电压。本实施例中，电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值之和与电阻R8的阻值相等，则电阻R1、电阻R2、电阻R3两端的压差与电阻R8两端的压差相等。由于输入信号为1V，反向输入端的电压为0.5V，则输出端的电压为0V。当输入端的电压为5V时，由于反向输入端电压为0.5V，故输出端电压为-4.5V。因此，上述偏置放大电路可以将1V～5V标准工业信号转换为0V～-4.5V信号，以使后级电路方便地进行计算。

上述偏置放大电路还包括电容C2，电容C2可改变偏置放大电路原有的谐振频率点，进而防止偏置放大电路振荡。

上述偏置放大电路还包括稳压二极管D1，当输入信号的电压过大时，可将稳压二极管D1反向击穿，使得输入端和输出端的电压差维持在稳压二极管D1的击穿电压附近，进而保护电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。