一种毫伏信号远程传送的电路

孙国荣　孙巍　姜一东

摘要：在毫伏信号远距离传输过程中，干扰通常是通过电源线和地线串入小信号电压传输系统引起信号传输的误差，在工业控制中甚至可能导致严重后果。因此，必须将模拟量转换为数字量，增强传输加强信号的抗干扰性，消除由共地和共电源线而串入的干扰信号。

关键词：毫伏信号；抗干扰性；信号传输

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）12-0064-02

一、引言

在工业生产中，经常需要在两个不同的模块之间传送模拟信号，并且要保证安全可靠的传送。通常两个不同模块之间的电位可以相差几百伏乃至几千伏。特别是在一些以微处理器为核心的电力电子装置中，需要传送代表输出特性的参考信号，而运行于高频开关状态的功率电路与控制电路往往不在同一电路板上，为了防止强电磁干扰串到微机系统导致系统运行异常，并降低工频干扰，在信号传送的时候需要严格隔离。在工业过程控制与测量系统中更是普遍需要用到模拟量隔离传输技术。为了解决毫伏小信号远距离传输中抗干扰的问题，用低成本高可靠的产品，在高干扰下实现信号传输并増加生产线的自动化程度。

二、电路框架

毫伏信号由于其幅度太小，而且电信号中有许多成分，其中又有不需要的交流信号，为了将这些不需要的交流信号去掉，所以需要将其先通过滤波，通过滤波后的小信号依然还很小，因此需要进一步将小信号放大，但放大后的小信号仍然很不稳定，经过进一步的滤波后的信号将会稳定很多，但是依然达不到工业上的要求，因此需要转换成频率信号加上一定的整形，将其功率放大，继而能相当好的提高抗干扰能力。

1.干扰与解决方法。在工业应用中外部干扰普遍存在于电源干扰、电路接地不当干扰、电磁兼容性和空间电磁耦合干扰这三类干扰。毫伏信号很容易受到内部和外界的一些不需要的电压、电流以及电磁骚动的干扰。采用加上整形电路与滤波电路，利用它们的特性，使放大后已经产生变形的波形重新进行整形与滤波等一系列的转变，最终传输出能为我们所使用的坡形较为陡直且无多余纹波信号的矩形波，以便信号接收器能清晰地接收。

2.同相一级、二级放大器。同相一级放大器如图1所示，R12、R14与R13引入深度串联电压负反馈，所以运放工作在线性区。

一级放大倍数的计算：Auf=1+[R13÷（R12+R14）]=1+[20÷（10+20）]≈1.67

因为通过一级放大信号不能过大，所以需要再次使用放大器，同相二级放大器如图2所示。

同相二级放大倍数的计算：当滑动变阻器RP1的阻值调到0时，Auf=1+[R3÷（R5+RP1）]=1+（1.5÷33）≈1.045；当滑动变阻器RP1的阻值调整到最大时，Auf=1+[R3÷（R5+RP1）]=1+（1.5÷43）≈1.035。

3.压频变换器电路。图3为压频变换器电路，运放LM324和晶体管T1构成电压—电流变换电路，输入电压VIN变成电流Vin÷R7（1+R2÷R4）。555构成单稳定时电路，输出脉冲宽度为1.1R10×C2秒。D1和D2是管理恒流Vz/R6流向的开关。假定开始555输出低电平，则T2的恒定电流流过D2旁路，D1截止，C1由T1的电流VIN÷R7（1+R2÷R4）（略去T1的基极电流）积分充电。当C1充电使555第2脚电压下降到5V时，555受触发输出定时1.1×R10×C2的高电平。在此高电平维持期间，D2截止，T2的恒定电流经D1向C1反积分放电。放电的电流和时间均固定，故电荷也固定。定时放电结束后，C1又由T1积分充电，这个充电电荷也应与反电荷相等，达到充放电平衡。VIN值大则C1的充电电流大，充电时间短，555输出脉冲的周期就短，频率高；反之则输出频率低。VIN与VOUT有以下线性关系：V=R4×V÷（R2+R4）×R7×I×C2×Tw。其中I×C2是T2的恒流值，Tw等于1.1×R10×C2是555单稳定时脉冲宽度。R2、R4是输入分压电阻。

影响精度的主要因素为R2、R4、R6、R7、C1及C2的稳定性，T2的恒流特性，T1的hFE线性，等等。D1、D4用高速开关二极管，D2用高稳定性的稳压管，如2DW232～235。

4.以下是实际仿真波形。

三、结论

毫伏信号经过施密特整形电路，到达波形整波的目的，使原有信号变成上下幅度较大、波形比较陡直的信号。信号经过π型滤波电路，滤除掉因整形而产生的多余的纹波信号。信号再次经过一次施密特整形电路，是为了完成信号的再次整形，使波形更加接近于矩形波。随后，信号经过单稳态的触发器，它的触发方式为下降沿触发，使用下降沿触发是为了防止空翻，使触发更具可靠性。而且单稳态触发器还能完成F/V之间的转换，使频率转换成电压，被更远地传送出去。再次，信号经过一次L型的滤波，使信号波形能够更加陡直，电路中多次进行整形与滤波都是为了使波形更加接近于陡直的矩形波。最后，信号经过阻抗跟随器增大输入阻抗，减小输出阻抗，使负载能力得到提升便于远距离的传输。此电路结构简单实用，具有极强的推广价值。

参考文献：

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