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LM358M和LM324N在陶瓷湿敏传感器的应用

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陶瓷湿敏传感器的湿度-频率转换电路示于图8-7。图8-7(a)的电路是以双极型和场效应晶体管为主构成的非对称多谐振荡器。当晶体管VT1饱和时,VT2和VT3截止,这时电容C通过VT1和陶瓷传感器RS充电,因而晶体管VT3的栅压下降,当达到场效应管的阈值电压VT时,VT3导通。随后电容C经过R1放电,并加到VT3和VT2,结果是在时间为T的周期内,发射极电压下降,并导致导通。这个过程将反复进行。当VT比VC1和VC2小得多时,脉冲宽度和脉冲间隔可用下式计算

       (8.1)

       (8.2)

振荡输出频率为f=1/(t1+t2)。电阻值约为几千欧姆 ,而传感器电阻RS可能为几百千欧姆。电路需要的元件数量不多,但要求有二个电源。

另一种转换电路示于图8-7(b)以MOS晶体管为基础。当VT1截止时,VT2导通,然后电容C1通过R1和VT2充电,直到VT1导通为止。电容C2通过RD1和RS放电,结果是二个晶体管交换了角色。此时,脉冲宽度和脉冲间隔由下式获得

             (8.3)

                 (8.4)

式中,V0是低逻辑电平,VT是MOS管的阈值电压。此电路可在VC<2VT的条件下工作。允许接入电路的陶瓷湿敏传感器阻抗可达100MΩ。但对电路有一个基本要求,即VT1和VT2的参数必须相同。

图8-8由运算放大器构成的湿度-频率转

换电路(a)示例图;(b)电路的输出信号

 

图8-9应用CMOS逻辑元件的湿度-频率转换电路

[图(a)和(b)],以及其输出的信号[图(c)]

 

也可以应用运算放大器来构建湿敏-频率转换电路,示例线路示于图8-8。这里,运算放大器起着非稳态多谐振荡器的作用,它的振荡频率由接在转换电路输入端的RS和C值决定。通过电阻R1、R2、R3实施正反馈。电路在放大器输出信号的正饱和和负饱和两种状态之间“振荡”。发生的脉冲占空比为0.5,而脉冲周期由下式决定

                             (8.5)

接在电路上的传感器电阻可以从10kΩ~10MΩ。电路的工作频率一方面与RS和C有关,另一方面也与所选用的运放频率特性有关。

电路的主要缺点是所产生的脉冲是正负双极性的,这对电路输出端上接入的二极整流管有限制。如果接有整流管时,则需要利用电阻R4防止运放电路过载。

应用CMOS逻辑集成电路,实现与陶瓷湿敏传感器连接的转换电路,相对而言,要简单些。图8-9示出了多谐振荡器与传感器线路的原理图,其中使用了二只CMOS转换器。产生的脉冲周期由下列关系式决定

     (8.6)

式中,VCC是CMOS集成电路的电源电压,VD为保护二极管上的电压,VT则是逻辑元件的开关电压。如果忽略不计VD,并假设VT=0.5VCC,那么周期公式可简化为

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