一种自校准可变增益放大电路的制作方法

1.本技术涉及电流检测电路的技术领域，尤其是涉及一种自校准可变增益放大电路。


背景技术：

2.目前，在对于一些气体检测中，通常用到激光分析仪。激光分析仪本质上是一种光谱吸收技术，通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。由于气体浓度的不同，因此需要调节激光功率，因此需要获取激光信号的电流大小，通过电流大小得知激光的功率大小，以获得符合该气体浓度的激光强度。
3.相关技术中，增益放大电路包括电流转换电路、放大电路和电阻电路；其中电流转换电路，用于将激光信号转换为电流信号；放大电路，用于将电流转换电路输出的电压放大，并输出电压u1；电阻电路与放大电路并联，用于提供电阻值r。由于电阻电路中的电阻值为已知值，放大电路的输出电压为已知值，因此根据电流公式i1=u1/r，求得电流转换电路中的电流，从而获得激光信号的电流大小，进而得到激光的功率大小。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为由于电阻的老化和电阻阻值的差异性等原因，因此电阻电路中的电阻器r的实际值和理论值的存在差异，因此导致获得的电流转换电路中的电流值i1存在误差。


技术实现要素：

5.为了获得较为准确的非电流信号转换电流，本技术提供一种自校准可变增益放大电路。
6.本技术提供的一种自校准可变增益放大电路，采用如下的技术方案：
7.一种自校准可变增益放大电路，包括增益放大电路，所述增益放大电路包括电流转换电路、放大电路和电阻电路；
8.所述电流转换电路的电压输出端与所述放大电路的电压输入端连接，所述电阻电路的电压输入端与所述放大电路的电压输入端连接，所述电阻电路的电压输出端与所述放大电路的电压输出端连接；
9.还包括自校准电路，所述自校准电路包括恒流源电路，所述恒流源电路的电压输入端与电源vcc连接，其电压输出端与所述放大电路的电压输入端连接，并且与所述电流转换电路的电压输出端连接，用于输出恒定的电流值i2；
10.所述恒流源电路和所述电流转换电路至少有一个断开。
11.通过采用上述技术方案，在电流转换电路运行前，预先使恒流源电路运行，此时电流转换电路断开，恒流源电路输出恒流i2，放大电路的输出电压此时为u2，根据公式r’=u2/i2，计算出r’的值；
12.而后使恒流源电路断开，运行电流转换电路，电流转换电路输出电流i1， 此时放大电路的输出电压为u1，通过预先计算出的r’，计算出i1=u1/r’；
13.由于在每次计算i1时，预先测出电阻器r’的阻值，因此在计算i1时，采用的电阻值都是实际的电阻值，因此解决了电阻器r’实际值和理论值的差异带来的误差，从而使得获得的电流转换电路中的电流i1较为准确，即非电流信号转换电流准确。
14.可选的，所述自校准电路包括第一开关s1和第二开关s2；所述第一开关s1的一端与所述恒流源电路的电压输出端连接，另一端与所述第二开关s2连接；所述第二开关s2的另一端与所述电流转换电路的电压输出端连接，所述放大电路的输入端与所述第一开关s1和所述第二开关s2的连接点连接，所述第一开关s1和所述第二开关s2至少有一个断开。
15.通过采用上述技术方案，通过控制第一开关s1的启闭，控制恒流源电路的通断，通过控制第二开关s2控制电流转换电路的通断。
16.可选的，所述恒流源电路包括第一电阻器r1，所述第一电阻器r1的一端与电源vcc连接，另一端与所述第一开关s1的一端连接。
17.通过采用上述技术方案，自校准时，闭合第一开关s1，打开第二开关s2，恒流源电路运行，电流转换电路断开，其中r1输出恒流i2，i2=vcc/r1，此时放大电路的电压为u2，则电阻电路中电阻器的阻值r’=u2/i2，从而完成对电阻电路中电阻器的校准，电路结构较为简单。
18.可选的，所述恒流源电路包括三端可调恒流源芯片u3和第二电阻器r2；所述三端可调恒流源芯片u3的电压输入端与电源vcc连接，电压输出端与所述放大电路的输入端连接，公共端与所述第二电阻器r2的一端连接；所述第二电阻器r2的另一端与所述放大电路的电压输入端连接。
19.通过采用上述技术方案，自校准时，电流转换电路停止运行，恒流源电路运行，第二电阻r2输出恒定的电流值i2，然后根据放大电路的输出电压u2，计算出电阻电路中电阻器实际的阻值，从而实现对电阻电路中电阻的校准。
20.可选的，所述恒流源电路包括第三电阻器r3和二极管d，所述二极管d的阳极与所述第二电阻器r2的一端连接，所述二极管d的阴极与所述第三电阻器r3的一端连接，所述第三电阻器r3的另一端与所述电第二电阻器r2的另一端连接，所述三端可调恒流源芯片u3的电压输出端与所述第二电阻器r2和所述二极管d阳极的连接点连接，所述第一开关s1的一端与所述第三电阻器r3和所述二极管d的连接点连接。
21.通过采用上述技术方案，由于三端可调恒流源芯片u3为正温度系数元器件，而二极管d正向偏压为负温度系数元器件，因此只要调节第二电阻器r2和第三电阻器r3之间的电阻阻值关系，即可使温漂接近0，从而减少了温度对此恒流源电路的影响，进而提高了恒流i2的精度。
22.可选的，所述恒流源电路包括并联稳压集成器、npn管q、限流电阻器res以及电压取样电阻器rs；所述并联稳压集成器的阳极接地，阴极与限流电阻器res的一端连接，参考极与电压取样电阻器rs的一端连接；所述电压取样电阻器rs的另一端接地，所述限流电阻器res的另一端与电源vcc连接；所述npn管q的基极与所述并联稳压集成器的阴极连接，发射极与电压取样电阻器rs的一端连接，集电极与所述放大电路的电压输入端连接。
23.通过采用上述技术方案，采用此恒流源电路，通过并联稳压集成器自动调节rs的电压，使得rs的电压保持稳定，然后根据电压取样电阻器rs的电阻值，即可计算出恒流i2的值，简单实用且精度高。
24.可选的，所述放大电路的电压输出端连接有adc模块，所述adc模块的数字信号输出端连接有mcu模块。
25.通过采用上述技术方案，设置adc和mcu模块的目的是，可以获得放大电路的具体电压值，从而获得电流转换电路输出的电流i1的具体值。
26.可选的，所述电阻电路包括电阻器r；所述电阻器r的一端与所述放大电路的电压输入端连接，另一端与所述放大电路的电压输出端连接。
27.通过采用上述技术方案，由于电阻电路只有一个电阻器r，因此便于计算电流转换电路输出的电流i1。
28.可选的，所述电阻电路包括至少两个电阻器r和至少两组开关s，一所述电阻器r与一组所述开关s一一对应且串联；多个所述电阻器r的电阻值均不同，并且相互之间并联，所述mcu模块用于控制若干组所述开关s的启闭。
29.通过采用上述技术方案，在第一开关s1闭合，第二开关s2打开时，mcu控制多个开关的启闭，从而使得不同电阻器连通，进而获得不同电阻电路的电阻实际值，进而获得不同大小的电流转换电路输出的电流i1，以满足对激光功率的调节。
30.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
31.通过设置恒流源电路，使得恒流源电路可以提供一个恒定流i2，从而预先测出电阻器r’的阻值，然后计算i1时，采用实际测得的电阻值，因此解决了电阻器r’实际值和理论值的差异带来的误差，从而使得获得的电流转换电路中的电流i1较为准确，即非电流信号转换电流较为准确。
附图说明
32.图1是相关技术的增益放大电路中电阻电路为一个电阻器时的电路结构图。
33.图2是相关技术的增益放大电路中电阻电路为至少两个电阻器时的电路结构图。
34.图3是本技术实施例基于图2电路的电路结构图。
35.图4是恒流源电路的第二种实施方式的电路结构图。
36.图5是恒流源电路的第三种实施方式的电路结构图。
37.附图标记说明：100、电流转换电路；200、放大电路；300、电阻电路；400、adc模块；500、mcu模块；600、恒流源电路。
具体实施方式
38.以下结合附图1-5对本技术作进一步详细说明。
39.参照图1，作为增益放大电路相关技术的一种实施方式，增益放大电路包括电流转换电路100、放大电路200、电阻电路300、adc模块400和mcu模块500。
40.电流转换电路100的电压输入端接地，其电压输出端与放大电路200的电压输入端连接；电流转换电路100用于将非电流信号转换为电流信号。放大电路200的电压输出端与adc模块400的模拟信号输入端连接，用于输出电压u1，adc模块400的数字信号输出端与mcu模块500连接，用于读取电压u1的具体值。
41.电阻电路300的电压输入端与放大电路200的电压输入端连接，电阻电路300的电压输出端与放大电路200的电压输出端连接。当adc模块400检测到u1的具体值后，由于电阻
电路300中的电阻器r的阻值已知，因此求得电流转换电路中的电流值i1=u1/r，从而得到非电流信号转换成电流信号后的电流值。
42.以激光检测气体的应用为例，电流转换电路100采用光电二极管vd；光电二极管vd的阳极接地，阴极与放大电路200的电压输入端连接。当光电二极管vd接收到激光信号后，光电二极管vd将光信号转换成电流信号。
43.放大电路200采用放大器a，放大器a的同相输入端接地，反向输入端与光电二极管vd的阴极连接，放大器a的输出端与adc模块400连接。adc模块400工作时，检测到放大器a输出的电压u1的具体值。
44.电阻电路300包括电阻器r，电阻器r的一端与放大器a的反向输入端连接，电阻器r的另一端与放大器a的输出端连接。
45.参照图2，作为增益放大电路相关技术的另一种实施方式，与上述增益放大电路不同之处在于，电阻电路300包括至少两个开关s和至少两组电阻器r。一组开关s可以为一个开关s，也可为相同的两个开关s。当一组开关s为一个开关s时，多组开关s依次为第三开关s3、第四开关s4、第五开关s5
……
第n开关sn，多个电阻器r依次为第四电阻器r4、第五电阻器r5、第六电阻器r6
……
第n电阻器rn，开关s与电阻器r一一对应且串联。多个电阻r之间阻值均不同，并且相互之间并联。开关s的一端与放大器a的反向输入端连接，电阻器r的一端与放大器a的输出端连接。
46.当多组开关s为相同的两个开关s时，一电阻器r与两开关s串联，两开关s分布于电阻器r两端。
47.其中，一个电阻器r串联的开关s的数量视激光发射器上的档位而定。档位不同，激光发射器的激光发射功率不同。
48.mcu模块500与多个开关s连接，用于输出开关控制信号，以控制多个开关s的单独启闭；mcu模块500还能保存与开关s相对应的电阻器r的阻值。mcu模块500与adc模块400连接，用于接收adc模块400检测到的放大器a输出的电压u2的，并根据保存的电阻值r，计算激光信号中的电流值i1。
49.另外，在其他实施方式中，mcu模块500也可控制至少任意两个开关s的同步启闭，视应用需求而定。
50.由于电阻的老化、电阻阻值的差异性和温度漂移等原因，实际adc模块400检测到的u1=i1*r’,但是adc模块400在计算信号的时候默认增益倍数为r,所以还原的电流i1=u1/r，而不是实际的i1=u1/r’，因此得到的电流大小会存在一定的误差。
51.为此，本技术实施例公开一种自校准可变增益放大电路。
52.参照图3，自校准可变增益放大电路包括上述增益放大电路和自校准电路，自校准电路对电阻r进行校准，以使增益放大电路工作时，获得的电流i1较为准确。
53.对于自校准电路，可以是外接电路，如插拔式的外接电路，也可以是与增益放大电路设置于同一块电路板上作为一个整体的电路。
54.作为自校准电路的一种实施方式，自校准电路包括恒流源电路600、第一开关s1和第二开关s2；恒流源电路600的电压输入端与电源vcc连接，电压输出端与第一开关s1的一端连接，第一开关s1的另一端与第二开关s2的一端连接，第二开关s2的另一端与光电二极管vd的阴极连接。放大器a的反向输入端与第一开关s1和第二开关s2的连接点连接。
55.通过第一开关s1闭合时，第二开关s2断开，第一开关s1断开时，第二开关s2闭合，以达到恒流源电路600和电流转换电路100至少有一个断开的目的。
56.校准时，将第一开关s1闭合，第二开关s2打开，恒流源电路600输出一个恒定的电流i2，mcu模块500控制一开关s闭合，从而使得与该开关s串联的电阻器r连通；adc模块400检测到放大器a的电压u2的具体值后，传输至mcu模块500内；mcu模块500根据u2与恒流i2的值，计算出电阻器r’的实际值，并保存在其内，至此校准完成；然后将第一开关s1开启，第二开关s2闭合，增益放大电路工作，光电二极管vd将光信号转换为电流信号，此时adc模块400检测到放大器a的电压u1的具体值，传输至mcu模块500内；mcu模块500根据保存在其内的r’值，计算出电流i1，i1=u1/r’，从而得到激光信号中的电流大小。
57.作为恒流源电路600的一种实施方式，恒流源电路600包括第一电阻器r1，第一电阻器r1的一端与电源vcc连接，另一端与第一开关s1的一端连接。恒流i2=vcc/r1。
58.参照图4，作为恒流源电路600的第二种实施方式，恒流源电路600包括三端可调恒流源芯片u3和第二电阻器r2；三端可调恒流源芯片u3的电压输入端v 与电源vcc连接，电压输出端与第一开关s1的一端连接，公共端与第二电阻器r2的一端连接，第二电阻器r2的另一端与三端可调恒流源芯片u3的电压输出端连接。
59.为了抑制恒流源电路600中的温度漂移，恒流源电路600还包括第三电阻器r3和二极管d，二极管d的阳极与第二电阻器r2的一端连接，二极管d的阴极与第三电阻器r3的一端连接，第三电阻器r3的另一端与第二电阻器r2的另一端连接，三端可调恒流源芯片u3的电压输出端与第二电阻器r2和二极管d阳极的连接点连接。第一开关s1的一端与第三电阻器r3和二极管d的连接点连接。由于三端可调恒流源芯片u3为正温度系数元器件，而二极管d的正向偏压为负温度系数元器件，因此当r3=10r2时，恒流源中的温漂为0，此时i2=（11vr vd）/10r2,此公式是基于三端可调恒流源芯片u3为lm334mx芯片得出的，可参见lm334mx芯片的技术手册。
60.参照图5，作为恒流源电路600的第三种实施方式，恒流源电路600包括恒流源电路包括并联稳压集成器、npn管q、限流电阻器res以及电压取样电阻器rs。并联稳压集成器的阳极接地，其阴极与限流电阻器res的一端连接，其参考极与电压取样电阻器rs的一端连接。电压取样电阻器rs的另一端接地，限流电阻器res的另一端与电源vcc连接。npn管q的基极与所述并联稳压集成器的阴极连接，其发射极与电压取样电阻器rs的一端连接，其集电极与所述放大电路的电压输入端连接。通过并联稳压集成器自动调节rs的电压，使得rs的电压保持2.5v，从而使得npn管q输出的恒流i2=2.5v/rs，此公式是基于并联稳压集成器选用tl431并联稳压集成器所得出的。
61.本技术实施例一种自校准可变增益放大电路的实施原理为：
62.整个系统工作之前，先闭合第一开关s1，打开第二开关s2，使得恒流源电路600运行，电流转换电路100断开，恒流源电路600输出恒流i2，adc模块400检测到放大电路200中电压u2的具体值，从而计算出电阻电路300中电阻器r’的值，r’=u2/i2；
63.而后打开第一开关s1，闭合第二开关s2，使得恒流源电路600断开，电流转换电路100运行，电流转换电路100输出电流i1，然后adc模块400检测到此时放大电路200中电压u1的值，然后根据测得的r’值，计算出电流i1的值，i1=u1/r’。
64.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术
的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。