電阻－時間線性轉換電路

基于電阻的傳感器,如應力規(guī)和壓阻器件，常用于測量多種物理參數(shù)。對于使用數(shù)字處理器或微控制器進行數(shù)據(jù)采集和信號處理的設備來說，傳感器的響應必須表現(xiàn)為一種適合于轉換成數(shù)字格式的形式。把這類傳感器的電阻變化轉換成一個與之成比例的頻率或時間間隔是可取的，所以你就能用一個計數(shù)器或定時器來方便地得到數(shù)字形式的輸出信號。圖1所示電路把傳感器的電阻RS 線性地轉換成與之成比例的時間間隔。這一電路實際上是一個張馳振蕩器，由一個電流源、一個橋式放大器、一個比較器和一個觸發(fā)器組成。電流IS分成兩路，分別通過R1和R2，就如同這兩個電阻并聯(lián)在一起一樣。假定運算放大器是理想放大器，則當RX (R4+RS)大于R1R3/R2時，該電路就起一個振蕩器的作用。

該電路可在比較器IC2的輸入端和輸出端產(chǎn)生多種波形(圖2)。T1和T2分別是比較器的輸出電平為VS1和-VS2時的時間間隔。IC2的輸出電壓，在其電平可通過一個齊納二極管電路加以改變的情況下，可作為D觸發(fā)器的時鐘輸入。你可從7474觸發(fā)器得到交替出現(xiàn)的高電平和低電平的方波輸出，其時間周期為T=4C(R2RX-R1R3)/R1。這一公式說明該電路把傳感器的電

阻變化轉換成與之成比例的時間間隔ΔT，轉換靈敏度為ΔT/ΔRS=4C(R2/R1)。圖1所示電路可達到下列突出性能：

● 傳感器接地。你只要改變R1或R2就可很方便地改變轉換靈敏度。

● 你只要改變R3或R4，就可改變偏置值 TO(與傳感器阻值變化而引起的T變化有關)，而不影響轉換靈敏度。

● 運算放大器的失調電壓以相反的方式改變T1和T2，因而對T(T1+T2)的總影響不大。

● 由于電流源的存在，輸出在很大程度上對電流源線路的噪聲電壓及VS1和VS2的變化并不敏感。

請考慮這樣一個實例：把一個Pt-100(鉑RTD)傳感器的119.4Ω~138.51Ω的阻值范圍轉換成10~12.5ms的時間周期。與119.4Ω~138.51Ω阻值范圍對應的溫度范圍為50℃~100℃。這一設計很簡單。由于流過傳感器的電流是IS的一部分，IS應小得足以使自加熱誤差達到可接受的低水平。該設計中使用了一個IN5287電流調節(jié)器，它所提供的IS和動態(tài)阻抗分別為0.33mA左右和優(yōu)于1.35MΩ。如果電流源性能較好，你就可使用基于穩(wěn)壓器IC的電路。下一步是，在為R1和C選取一個適當可行的固定值情況下，調整R2的阻值，直到獲得所要求的靈敏度：130.82μS/Ω。此后，在R4固定不變情況下，調整R3以獲得輸出(T)所需的偏置。圖1給出了本例所用元件的參數(shù)值。電阻的容差均為1%，額定功率為0.25W，C是聚碳酸酯電容器。

圖1 這個簡單的電路把電阻讀數(shù)轉換成時間周期輸出。

圖2 這些波形代表比較器IC2的輸入和輸出。