专利名称：一种测量相对电压的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量相对电压的测量装置，特别涉及一种适用于中学理科实 验教学的电压测量装置。
背景技术：
测量相对电压，即是测量被测电路中两点之间的电位差。传统的方式是分别测量 出单个元件上的电压，再经换算获得相对电压值。在被测量电路中，如果要同时测量多个元 件上的电压(电位差)，必须克服各个元件上电位的影响。目前市场上提供了一种可直接同时测量出同一电路中的多元件上的相对电压的 测量装置，如申请日为2000年8月25日的中国专利ZL00247426.3就公开了一种名为“一 种相对电压测量 装置”的实用新型。这种相对电压测量装置由测量电路和转换电路组成，其 特征在于转换电路包括前级正向运算放大器、前级负向运算放大器、差压电阻、末级差压运 算放大器，可直接同时测量出同一电路中的各元件上的相对电压，可测量被测电路中任意 两点间的相对电压。分析此实用新型的工作电路，若要正常工作，这种相对电压测量装置必须满足以 下几个条件(1)此相对电压测量装置的工作电源必须是较高精度的正负双电源，并且正负双 电源应等值。(2)此相对电压测量装置的工作电源的绝对值必须大于被测电路的电源电压。(3)此相对电压测量装置的相对电压测量范围受制于其本身的工作电源。只有当上述3个条件满足时，该相对电压测量装置才能测量出被测电路中任意两 点间的相对电压。这对于测量相对电压来说限制较大，使得测量的工作必须要满足过多客 观条件，为测量工作带来难度。实用新型说明本实用新型解决的技术问题是，由于现有技术中电路原理的制约、排布的不合理， 而导致的对于工作电源要求过高，相对电压的测量范围受制于其本身的工作电源的问题， 进而提供了一种优化电路结构的相对电压的测量装置。本实用新型所采用的技术方案是，一种测量相对电压的测量装置，所述测量装置 内包括输入电压采样电路，用于将两个被测点电压转换成相对于基准电压的电位；电压 跟随电路，用于缓冲与隔离前后级电路并使采样电路得到的电压保持不变输入阻抗提高； 差分比例运算放大电路，作为集成运算的输入级和中间级放大经过电压跟随电路后的电 压；反相比例运算放大电路，将经过差分比列运算放大电路的电压转换成相对于基准电压 的电压差。优选地，所述输入电压采样电路是由电阻Rl、电阻R3和电阻R2、电阻R7组成对正 输入和负输入电压相对于基准电压的电路，其中，Rl = R2、R3 = R7。优选地，所述电压跟随电路由前级正向运算放大器和前级负向运算放大器共同工作完成。优选地，所述差分比例运算放大电路由电阻R4、R8、R6、R9和运算放大器组成，其 中，R4 = R6、R8 = R9。优选地，所述反相比例运算放大电路由电阻R5、RIO、Rll和运算放大器组成。采用本实用新型所提供的技术方案，测量相对电压的测量装置采用了一种优化的 电路结构，结构简单，精度高，实用方便，可直接同时测量电路中多个元器件上的相对电压， 且测量装置只需具备普通的单向电源，无须提供高精度的正负双电源，工作电源的绝对值 与外界被测电路的电源电压没有任何关系，电压测量范围亦不受制于工作电压。

图1为本实用新型的电路原理图。其中，1为输入电压的采样电路部分；2为电压跟随电路部分；3为差分比例运算放 大电路部分；4为反相比例运算放大电路部分。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型做进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限 于此。如图1所示，该测量相对电压的测量装置由用于将两个被测点电压转换成相对于 基准电压的电位的输入电压采样电路1、用于缓冲与隔离前后级电路并使电压保持不变输 入阻抗提高的电压跟随电路2、作为集成运算的输入级和中间级放大被测点电压用以抑制 由外界条件的变化带给电路影响的差分比例运算放大电路3和将前级电压转换成相对于 基准电压的电压差的反相比例运算放大电路4组成。采样电路1由电阻Rl、R3和电阻R2、R7组成对正输入和负输入电压的采样，其 中，Rl = R2、R3 = R7，将两被测点的电压均转化为相对于基准电压(如2. 5V)的电位， 即测量电路通过采样电阻，将两被测点电压转换成相对于基准电压的电位。设正输入电 压为Ul (图中的Rl左端)，负输入电压为U2(图中的R2左端)，根据采样电路1可以得
出正输入采样后的电压(Ull)2^dIr3 ；同理得出负输入采样后的电压(U22)为
Rl+ R3
^^^，代入相关采样电阻将原先信号进行衰减N倍，得出采样后的正负输出电压 KZ + K /
为 Ull=(m-2·5)、
N
Γ η ττ (U2-2.5)U22=--- ο
N输入电压采样电路1和电压跟随电路2通过将前级电路接入放大器正极接通。如 图1所示，电压跟随电路包括放大器IClA和放大器IC1B，其中，IClA为前级正向运算放大 器，IClD为前级负向运算放大器，两放大器并接使用作为电压跟随器以提高输入阻抗。电 压跟随电路2与差分比例运算放大电路3由将前级的放大器输出端与差分比例运算放大电 路的输入电阻R4、R6分别连接做接通。差分比例运算放大电路3由电阻1 4、1 8、1 6、1 9和 放大器IClB组成，其中，R4 = R6、R8 = R9。经过上述电压跟随电路2和差分比例运算放大(U\ - U2) χ M
电路3的工作放大M倍后输出的电压(U12)为-人 ？。
N差分比例运算放大电路3与反相比例运算 放大电路4通过前级放大器输出端与 后级的电阻RlO连接进行接通。反相比例运算放大电路4包括电阻R5、RIO、Rll及放大 器IC1C。经反相比例运算放大一定倍数后得出最终相对于基准电压2. 5V的输出电压为 kX(Ul-U2)，其中k为常数系数。输出电压经过A/D转换后得出实际测量电路中两点的相对电压。本实用新型所使 用的运算放大器可以根据需求采用任何现有的集成运放电路，电路中的各参数可以根据需 求灵活调整。
权利要求一种测量相对电压的测量装置，其特征在于所述测量装置内包括输入电压采样电路，用于将两个被测点电压转换成相对于基准电压的电位；电压跟随电路，用于缓冲与隔离前后级电路并使采样电路得到的电压保持不变输入阻抗提高；差分比例运算放大电路，作为集成运算的输入级和中间级放大经过电压跟随电路后的电压；反相比例运算放大电路，将经过差分比列运算放大电路的电压转换成相对于基准电压的电压差。
2.根据权利要求1所述的测量相对电压的测量装置中的输入电压采样电路，其特征在 于所述输入电压采样电路是由电阻Rl、电阻R3和电阻R2、电阻R7组成对正输入和负输入 电压相对于基准电压的电路，其中，Rl = R2、R3 = R7。
3.根据权利要求1所述的测量相对电压的测量装置中的电压跟随电路，其特征在于 所述电压跟随电路由前级正向运算放大器和前级负向运算放大器共同工作完成。
4.根据权利要求1所述的测量相对电压的测量装置中的差分比例运算放大电路，其特 征在于所述差分比例运算放大电路由电阻R4、R8、R6、R9和运算放大器组成，其中，R4 = R6、R8 = R9。
5.根据权利要求1所述的测量相对电压的测量装置中的反相比例运算放大电路，其特 征在于所述反相比例运算放大电路由电阻R5、R10、R11和运算放大器组成。
专利摘要一种测量相对电压的测量装置，所述测量装置内包括输入电压采样电路，用于将两个被测点电压转换成相对于基准电压的电位；电压跟随电路，用于缓冲与隔离前后级电路并使采样电路得到的电压保持不变输入阻抗提高；差分比例运算放大电路，作为集成运算的输入级和中间级放大经过电压跟随电路后的电压；反相比例运算放大电路，将经过差分比列运算放大电路的电压转换成相对于基准电压的电压差。采用本实用新型所提供的技术方案，测量相对电压的测量装置采用了一种优化的电路结构，结构简单，精度高，实用方便，可直接同时测量电路中多个元器件上的相对电压，且测量装置对于工作电源没有特殊要求，电压测量范围亦不受制于工作电压。
文档编号G01R19/10GK201654110SQ201020179129
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者刘文富, 姚建平, 舒晓来, 黄华圣 申请人:浙江天煌科技实业有限公司