[发明专利]基于模拟电路的低阻值可变电阻器

说明书

本发明提供一种基于模拟电路的低阻值可变电阻器，由上位机、单片机、模数转换电路、运算放大电路和基准电阻组成，采用“虚短虚断”理论进行电路的理论计算和设计，基于基准电阻，根据上位机所发出的信号，按照控制协议和算法，改变的输出电阻值的阻值、范围和步长。该发明具有较高的精度，可控性好，成本低，能够用于低电阻等效电阻输出和控制的电子电路等相关领域。

技术领域

本发明涉及一种基于模拟电路的可变电阻的实现和控制方法，可实现变电阻的输出并控制，特别适用于低阻值范围固定电阻输出、等效电阻及变电阻控制。

背景技术

可变电阻在电路、控制及电学中有较为广泛的应用，目前实现变电阻的多为滑动变阻器或机械电阻箱，两者可满足输出变化的电阻值，需手动，不能满足自动变化及响应电阻值。

实现自动控制的可变电阻有模拟电阻箱和电位器等，目前均实现了较好的变化电阻效果，但由于低阻值条件下存在特殊性，目前实现的等效电阻值的变化范围较小，分辨率较低，并且与其他应用的关联性较差，尤其是在低阻值范围。

现有专利（201910061155，基于温差电效应的温度控制方法）提出一种变热阻模块实现控温的方法，通过外部负载电阻值的变化改变热阻，并应用于热控制。从需求看，要求实现较低的可变电阻值范围，阻值能低于1Ω；且有较高的分辨率，即步长小于1Ω；并可根据要求实现电阻值的自动化关联控制。但是现有技术主要是单量程、大阻值范围电阻需求的使用，未见有多量程、低阻值量程的变电阻的低成本实现和控制方式。

发明内容

为了克服现存技术缺陷，本发明专利的目的，在于提供一种基于模拟电路的可变电阻的实现和控制方法，可实现变电阻的输出并控制。

本发明涉及的变电阻的实现基于“虚短虚断”原理，通过数模转换器和运放电路对基准电阻的高电压位的电压值进行相应的比例控制和电路运算，使得基准电阻的低电压位的电压值依据需求实现相应的变化。由于基准电阻的阻值不发生变化，因此使得流过基准电阻的电流发生相应的变化。另外，数模转化器和运放电路在对基准电阻的高电压位的电压值作为基准进行获取并计算时，该点处只获得了电压值，并未有电流流过。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于模拟电路的低阻值可变电阻器，由上位机、单片机、模数转换电路、运算放大电路和基准电阻组成。所述上位机是发出交互操控命令的计算机，安装人机交互及功能处理程序，可选择变电阻阻值、范围及步长，按所对应的控制方法控制所述单片机运行并发送数字控制信号；所述单片机是包括了中央处理器、存储器、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成构成的微型计算机系统；所述模数转换电路是将数字量转换成模拟量，转换所述单片机的数字指令将基准电压转换为对应的电压或电流，并且与所述运算放大电路相连接可得到增益改变后的电压或电流，所述运算放大电路为闭环负反馈电路并有较大的功放器件增益，提供“虚短虚断”的工作条件；所述基准电阻为精密物理电阻器。

基于控制协议及物理特性，进一步的，基于模拟电路的低阻值可变电阻器实现和控制方法，用户在所述上位机选择可变电阻的阻值、范围及步长，所述上位机根据控制算法控制单片机输出的等效电阻值的数字控制信号，并通过所述数模转换电路转变为模拟信号，进而控制运算放大电路以及所述基准电阻的组合电路实现对应“虚短虚断”状态，获取设定电阻值并输出；进一步的，通过所述上位机对应的控制算法驱动单片机输出，并改变所述数模转换电路、所述运算放大电路以及所述基准电阻组合电路的输出电阻范围及动作步长。

可变电阻器等效电阻的计算公式为

上式中，R 表示可变电阻器的实际阻值，R₀ 表示基准电阻的阻值，n 表示所选用的数模转换器的数字输入量的位数。A_n表示数模转化器的数字输入量相应位置的值，为0或1，根据单片机的控制算法变化。R的理论变化范围是R₀Ω ~ R₀×2ⁿΩ。