(8.7)
这个电路所产生的频率是很稳定的,因为转换器的输入阻抗很高,允许接入的传感器电阻可达几十分之一兆欧。但不能低于1~2kΩ,否则高逻辑电平会降低,并且集成电路的消耗功率会增大。
这类电路的不足是,发生的信号频率与电源电压相关,因为在转换电路输入端的保护二极管的作用很有限。
用于陶瓷湿敏传感器连接的多谐振荡电路可以用集成电路单稳态多谐振荡器来构筑。适合于这类目的的例如有4047型电路,它是一种CMOS型单稳态多谐振荡器。它可以以两种模式工作,单稳态或非稳态振荡。图8-10(a)中示出了4047A电路与陶瓷湿度传感器的连接线路。在输出端产生的方波信号,其占空比为0.5,脉冲周期则为
(8.8)
在此工作模式中也可以利用取自OSC输出的脉冲,但它的频率是经倍频的(),其占空比不一定保持0.5。在实际应用上述的电路时,当湿度从30%~100%时,转换器的频率变化为150Hz~7.1kHz。
图8-10湿度-频率转换电路(a)以CMOS单稳态多谐振荡器
4047为主;(b)以CMOS计时器7555为主
同样可以用计时器来实现湿度-频率的转换。这类集成电路设计用于生成方波脉冲,按时间周期分割,输出的参数(频率和时间脉宽)有很高的稳定性。计时器的结构可以用非稳态多谐振荡器,或单稳态多谐振荡器来实施。CMOS计时器具有许多基本优点,能耗低,电源电压范围很宽(2~18V),在所有输入端,其输入阻抗都很高等。图8-10(b)中示出了一个由CMOS计时器7555构成的、陶瓷湿敏传感器的转换电路。传感器的电阻变化可以从1kΩ~100MΩ。当电源电压从5V改变到15V的过程中,转换器的频率变化不超过1%。所产生的脉冲频率非常稳定,并由下式决定
(8.9)
8.1.1.2.2 时间(PWM)输出转换电路
如前所述,时间输出转换电路将湿度转换成时间脉冲,这类电路的原则结构示意图示于图8-11。电路由二只多谐振荡器组成,其中第二只是单稳态多谐振荡器,和第一只是同步工作的。当ΔRS=0(即RH=0%)时,二只振荡器的脉冲宽度是相同的(t1=t2),因而在输出端τ=0。当湿敏传感器的阻值发生了变化(ΔRS≠0)时,那么τ=t2-t1即τ的变化是与传感器电阻的改变值ΔRS成正比的。如果产生的脉冲周期为T=2t1,并且脉冲幅度等于VCC,那么输出电压的算术平均值由下式决定
(8.10)
图8-11湿度-时间脉冲转换电路(a)非稳态和单稳态多
谐振荡器构成的电路图,(b)线路的时序图
要保证二只多谐振荡器的参数是匹配的,将它们制造在一个芯片上,同时基准电阻RREF的温度系数也应与被测传感器的相同,那么比值τ/T才可能不随温度变化而改变。还有,供电电压必须是经稳压的。
图8-12湿度-时间脉冲转换电路(a)CMOS计时
器组成的线路,(b)线路工作的时序图
图8-12(a)示出了已经谈到过的、IC7556(二只CMOS计时器)为主件的、湿度-时间脉冲转换电路。图8-12(b)示出的是线路工作的时序图。第一只计时器的工作类似于非稳态多谐振荡器,电容C1的充电电流流经R1和R2,因而正脉冲宽度为