《電子技術(shù)應用》
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實現(xiàn)電流比率與頻率轉(zhuǎn)換的精密積分器
摘要: 圖1中的設計實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重疊輸入電流之間作出選擇。這種功能可以獲得一個其特性與兩個輸入電流之比直接相關(guān)的輸出信號。
Abstract:
Key words :

  圖1中的設計實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重疊輸入電流之間作出選擇。這種功能可以獲得一個其特性與兩個輸入電流之比直接相關(guān)的輸出信號。該電路能實現(xiàn)與大多數(shù)系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)的高精度。另外,如果你用一個數(shù)字計數(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BCD(二進制編碼的十進制)格式的數(shù),它與輸入電流比率成正比,實現(xiàn)了真正的數(shù)字轉(zhuǎn)換。

圖1用此電路可以獲得與兩個輸入電流之比直接對應的輸出信號頻率

 

 

圖2本設計在圖1的電路中增加了一個BCD計數(shù)器直接將獲得的讀數(shù)顯示在一個七段LED顯示器上

 

 


  電路分為兩個階段。當IVC102的輸出電壓略高于LM311比較器的閾值電壓時,第一階段開始。比較器生成一個下降沿信號,而555單穩(wěn)多諧振蕩器啟動一個脈沖,使S1閉合。在本例中,如果I2大于I1,總輸入電流I2-I1產(chǎn)生一個負向斜坡。在時間增量ΔTA期間內(nèi),積分器的輸出電壓到達最終電壓值。因此,|VFIN-VTH|=(I2-I1)ΔTA/CINT,其中CINT是IVC102的積分電容值。當555單穩(wěn)多諧振蕩器 的輸出脈沖結(jié)束時,第二個階段開始: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)生一個新的觸發(fā)指令,以開始一個新的循環(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(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時間標度內(nèi)保持恒定,則不會影響精度。


  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HCF40110 BCD計數(shù)器產(chǎn)生一個ΔTA寬度脈沖。當?shù)谌齻€計數(shù)器產(chǎn)生一個進位時,已過去了1000/fCK秒。圖2中,一個設置/復位觸發(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。下面對測量周期作一簡單說明。當 IVC102 的輸出電壓高于閾值電壓時,連接到第一個 HCF40110 觸發(fā)輸入端的 INH(禁止)信號禁止計數(shù)。同時,比較器輸出的負沿產(chǎn)生一個大約10ms的負向脈沖,閂鎖住輸出端的計數(shù)器值,以顯示實際的結(jié)果。這一步后,一個負脈沖將SR觸發(fā)器設定為閉合S1。對應有一個正脈沖使計數(shù)器復位。40110的閂鎖使能線被拉高,因此計數(shù)器的復位不會影響顯示的數(shù)值。當復位脈沖結(jié)束,并且比較器輸出為高時,HC40110可以繼續(xù)計數(shù)。當?shù)谌齻€計數(shù)器產(chǎn)生一個進位(負脈沖)時,已到了第1000個時鐘周期,SR觸發(fā)器復位以斷開S1。比較器輸出的下一個下降沿時,周期結(jié)束。I2-I1為CINT充電的時間周期為NA/fCK(NA=1000),I1需要的放電時間為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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