《電子技術(shù)應(yīng)用》
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實(shí)現(xiàn)電流比率與頻率轉(zhuǎn)換的精密積分器
摘要: 圖1中的設(shè)計(jì)實(shí)例使用了德州儀器公司的IVC102精密積分器的S1開關(guān),可在單輸入電流或兩個(gè)重疊輸入電流之間作出選擇。這種功能可以獲得一個(gè)其特性與兩個(gè)輸入電流之比直接相關(guān)的輸出信號(hào)。
Abstract:
Key words :

  圖1中的設(shè)計(jì)實(shí)例使用了德州儀器公司的IVC102精密積分器的S1開關(guān),可在單輸入電流或兩個(gè)重疊輸入電流之間作出選擇。這種功能可以獲得一個(gè)其特性與兩個(gè)輸入電流之比直接相關(guān)的輸出信號(hào)。該電路能實(shí)現(xiàn)與大多數(shù)系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)的高精度。另外,如果你用一個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)器控制采用IVC102的電路,還可以提高精度(圖2)。在本例中,系統(tǒng)的輸出是一個(gè)BCD(二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制)格式的數(shù),它與輸入電流比率成正比,實(shí)現(xiàn)了真正的數(shù)字轉(zhuǎn)換。

圖1用此電路可以獲得與兩個(gè)輸入電流之比直接對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)頻率

 

 

圖2本設(shè)計(jì)在圖1的電路中增加了一個(gè)BCD計(jì)數(shù)器直接將獲得的讀數(shù)顯示在一個(gè)七段LED顯示器上

 

 


  電路分為兩個(gè)階段。當(dāng)IVC102的輸出電壓略高于LM311比較器的閾值電壓時(shí),第一階段開始。比較器生成一個(gè)下降沿信號(hào),而555單穩(wěn)多諧振蕩器啟動(dòng)一個(gè)脈沖,使S1閉合。在本例中,如果I2大于I1,總輸入電流I2-I1產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向斜坡。在時(shí)間增量ΔTA期間內(nèi),積分器的輸出電壓到達(dá)最終電壓值。因此,|VFIN-VTH|=(I2-I1)ΔTA/CINT,其中CINT是IVC102的積分電容值。當(dāng)555單穩(wěn)多諧振蕩器 的輸出脈沖結(jié)束時(shí),第二個(gè)階段開始:S1斷開,輸入電流I1使CINT放電。用于保證閾值電壓值的輸出電壓的ΔTB則為CINT|VFIN-VTH||/I1,而比較器為單穩(wěn)多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)新的觸發(fā)指令,以開始一個(gè)新的循環(huán)。用前述方程可得:I1/I2=ΔTAf,其中f=(ΔTA+ΔTB)-1。此方程表明,生成輸出信號(hào)(一系列脈沖)的頻率f與I1/I2電流比率成正比。單穩(wěn)多諧振蕩器的精度直接影響著系統(tǒng)的精度。相反,如果積分電容和閾值電壓的值至少在1/f時(shí)間標(biāo)度內(nèi)保持恒定,則不會(huì)影響精度。


  通過修改產(chǎn)生恒定的ΔTA寬度脈沖的部分,可以增加圖1電路的精度。圖2的電路用三個(gè)HCF40110 BCD計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)ΔTA寬度脈沖。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位時(shí),已過去了1000/fCK秒。圖2中,一個(gè)設(shè)置/復(fù)位觸發(fā)器控制S1的狀態(tài),而施密特觸發(fā)器輸入的74HC14六反相器則產(chǎn)生用于系統(tǒng)重新初始化的脈沖。下面對(duì)測(cè)量周期作一簡(jiǎn)單說明。當(dāng) IVC102 的輸出電壓高于閾值電壓時(shí),連接到第一個(gè) HCF40110 觸發(fā)輸入端的 INH(禁止)信號(hào)禁止計(jì)數(shù)。同時(shí),比較器輸出的負(fù)沿產(chǎn)生一個(gè)大約10ms的負(fù)向脈沖,閂鎖住輸出端的計(jì)數(shù)器值,以顯示實(shí)際的結(jié)果。這一步后,一個(gè)負(fù)脈沖將SR觸發(fā)器設(shè)定為閉合S1。對(duì)應(yīng)有一個(gè)正脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)位。40110的閂鎖使能線被拉高,因此計(jì)數(shù)器的復(fù)位不會(huì)影響顯示的數(shù)值。當(dāng)復(fù)位脈沖結(jié)束,并且比較器輸出為高時(shí),HC40110可以繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位(負(fù)脈沖)時(shí),已到了第1000個(gè)時(shí)鐘周期,SR觸發(fā)器復(fù)位以斷開S1。比較器輸出的下一個(gè)下降沿時(shí),周期結(jié)束。I2-I1為CINT充電的時(shí)間周期為NA/fCK(NA=1000),I1需要的放電時(shí)間為NB/fCK。從積分器的關(guān)系式解得I2/I1=N/NA,其中 N="NA"+NB。

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