電阻－時(shí)間線性轉(zhuǎn)換電路

基于電阻的傳感器,如應(yīng)力規(guī)和壓阻器件，常用于測(cè)量多種物理參數(shù)。對(duì)于使用數(shù)字處理器或微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理的設(shè)備來說，傳感器的響應(yīng)必須表現(xiàn)為一種適合于轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的形式。把這類傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之成比例的頻率或時(shí)間間隔是可取的，所以你就能用一個(gè)計(jì)數(shù)器或定時(shí)器來方便地得到數(shù)字形式的輸出信號(hào)。圖1所示電路把傳感器的電阻RS 線性地轉(zhuǎn)換成與之成比例的時(shí)間間隔。這一電路實(shí)際上是一個(gè)張馳振蕩器，由一個(gè)電流源、一個(gè)橋式放大器、一個(gè)比較器和一個(gè)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(gè)電阻并聯(lián)在一起一樣。假定運(yùn)算放大器是理想放大器，則當(dāng)RX (R4+RS)大于R1R3/R2時(shí)，該電路就起一個(gè)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(shí)的時(shí)間間隔。IC2的輸出電壓，在其電平可通過一個(gè)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(shí)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(shí)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(zhuǎn)換成與之成比例的時(shí)間間隔ΔT，轉(zhuǎn)換靈敏度為ΔT/ΔRS=4C(R2/R1)。圖1所示電路可達(dá)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(zhuǎn)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(guān))，而不影響轉(zhuǎn)換靈敏度。

● 運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓以相反的方式改變T1和T2，因而對(duì)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(duì)電流源線路的噪聲電壓及VS1和VS2的變化并不敏感。

請(qǐng)考慮這樣一個(gè)實(shí)例：把一個(gè)Pt-100(鉑RTD)傳感器的119.4Ω~138.51Ω的阻值范圍轉(zhuǎn)換成10~12.5ms的時(shí)間周期。與119.4Ω~138.51Ω阻值范圍對(duì)應(yīng)的溫度范圍為50℃~100℃。這一設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單。由于流過傳感器的電流是IS的一部分，IS應(yīng)小得足以使自加熱誤差達(dá)到可接受的低水平。該設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)IN5287電流調(diào)節(jié)器，它所提供的IS和動(dòng)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(gè)適當(dāng)可行的固定值情況下，調(diào)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(diào)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(gè)簡(jiǎn)單的電路把電阻讀數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間周期輸出。

圖2 這些波形代表比較器IC2的輸入和輸出。