交流信號(hào)轉(zhuǎn)直流信號(hào)電路設(shè)計(jì)

　　摘要：為了解決傳感器交流輸出與儀器儀表直流輸入之間信號(hào)不匹配問(wèn)題，根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦院瓦\(yùn)算放大器的深度負(fù)反饋原理，設(shè)計(jì)了精密全波整流電路。經(jīng)實(shí)測(cè)證明，當(dāng)交流信號(hào)有效值在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，該電路可以實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)到直流信號(hào)的精確轉(zhuǎn)換。

　　引言

　　工業(yè)測(cè)量和控制系統(tǒng)中，傳感器輸出信號(hào)為多種形式的模擬量，其多數(shù)不能被直接使用，而需要經(jīng)過(guò)變送電路將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流模擬信號(hào)(1~5V或4~20mA)，再根據(jù)系統(tǒng)需要，用數(shù)據(jù)采集卡將直流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成可參與計(jì)算和完成過(guò)程控制的數(shù)字量。目前市場(chǎng)上的儀器儀表多以直流輸入信號(hào)為主，而交流信號(hào)是傳感器輸出信號(hào)中較為多見的一種，為此需要設(shè)計(jì)一個(gè)交直流信號(hào)變送模塊，將多種交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流信號(hào)量，以便于能夠被控制儀表、計(jì)算機(jī)或PLC等系統(tǒng)中的控制單元所識(shí)別。

　　變送模塊整體結(jié)構(gòu)

　　該模塊共由五個(gè)主要部分組成：輸入緩沖電路，全波精密整流電路，光電隔離電路，線性輸出電路和隔離電源。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　輸入緩沖電路

　　傳感器的交流輸出多為電壓信號(hào)。為了降低信號(hào)源的負(fù)載，通常需要提高下一級(jí)的信號(hào)輸入阻抗，采用以運(yùn)放為核心的電壓跟隨器作為模塊的輸入級(jí)是有效的解決方式。由于傳感器產(chǎn)生的交流信號(hào)頻率范圍比較寬，選擇運(yùn)算放大器時(shí)得考慮選擇寬頻，高速的特殊放大器。例如，AD711就符合這方面要求，它具有1012Ω輸入阻抗，小信號(hào)輸入帶寬可達(dá)到4MHz^[5]。

　　全波精密整流電路

　　該部分為全波精密整流電路，是整個(gè)模塊的核心部分。其輸出電壓為變送模塊輸入電壓的絕對(duì)值，因此也叫絕對(duì)值電路^[1]。二極管具有單向?qū)щ娦?，是常用的整流元件，但二極管非線性比較大且有一個(gè)正向?qū)妷?，?dāng)信號(hào)幅度小于二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，使得整流出來(lái)的信號(hào)誤差非常大，為了提高精度，可利用運(yùn)算放大器的放大作用和深度負(fù)反饋來(lái)克服二極管非線性和正向?qū)▔航翟斐傻恼`差。

　　全波精密整流電路分為兩部分，第一部分由運(yùn)放U1A及周邊器件構(gòu)成半波精密整流電路，第二部分由U1B及周邊器件構(gòu)成反相求和電路。詳見圖2。

　　半波精密整流電路

　　該部分電路工作分兩種情況：交流輸入信號(hào)U_i>0與U_i<0。