第5章电容式2测量电路分解.ppt

再见 脉冲宽度调制电路电压波形 在变极板距离的情况下 d1、d2分别为Cx1、Cx2极板间距离。 负半周时，C1上的电荷通过R1，RL放电，流过RL的电流为I1。 当e为负半周时，VD2导通、VD1截止，则电容C2充电。 二极管双T形交流电桥 在随后出现正半周时，C2通过电阻R2，负载电阻RL放电，流过RL的电流为I2 。 根据上面所给的条件，则电流I1=I2，且方向相反，在一个周期内流过RL的平均电流为零。 若传感器输入不为0，则C1≠C2, I1≠I2, 此时在一个周期内通过RL上的平均电流不为零， 因此产生输出电压。 输出电压在一个周期内的平均值： f 为电源频率。 当RL已知， 输出电压Uo不仅与电源电压幅值和频率有关，而且与T形网络中的电容C1和C2的差值有关。 当电源电压确定后，输出电压Uo是电容C1和C2的函数。 二极管双 T 形交流电桥的特点： 输出电压较高。 f＝1.3MHz，电源电压U=46V，电容在－7~7 pF 变化，可以在1MΩ负载上得到－5 ~ 5V的直流输出电压。 电路的灵敏度： 电路的灵敏度与电源电压幅值和频率有关，故输入电源要求稳定。 测量电路的非线性误差： 适当提高 U 幅值，使二极管VD1、VD2工作在线性区域，可以减小测量的非线性误差。 测量电路的输出阻抗： 电路的输出阻抗与电容C1、C2无关， 仅与R1、 R2 及 RL 有关， 约为1~100kΩ。 输出信号的上升沿时间： 上升沿时间取决于负载电阻。 对于1 kΩ的负载电阻，上升时间为20μs左右， 可用来测量高速的机械运动。 5.4.4 环形二极管充放电法 环形二极管电容测量电路原理图 输入方波加在电桥的A点和地之间。 环形二极管电容测量电路原理图 在设计时，由于方波脉冲宽度足以使电容器Cx和Cd充、放电过程在方波平顶部分结束。 工作原理： 高频方波信号源，通过一环形二极管电桥，对被测电容进行充放电， 环形二极管电桥输出一个与被测电容成正比的微安级电流。 电桥将发生如下的过程: 当输入的方波由E1跃变到E2时，电容Cx和Cd两端的电压皆由E1充电到E2。 环形二极管电容测量电路原理图 对电容Cx充电的电流为 i1 所示的方向，对 Cd 充电的电流为 i3 所示方向。 在充电过程中(T1这段时间)，VD2、 VD4一直处于截止状态。 在T1这段时间内由A点向C点流动的电荷量为 q1=Cd(E2－E1)。 环形二极管电容测量电路原理图 当输入的方波由E2返回到E1时，Cx、Cd放电，它们两端的电压由E2下降到E1。 放电电流所经过的路径分别为i2、 i4所示的方向。 环形二极管电容测量电路原理图 在放电过程中(T2时间内)，VD1、VD3 截止。 在T2这段时间内由C点向A点流过的电荷量为 q2=Cx(E2－E1)。 设方波的频率f=1/T0(即每秒钟发生的充放电过程的次数)， 则由C点流向A点的平均电流为I2=Cx f (E2-E1), 而从A点流向C点的平均电流为I3=Cd f (E2-E1), 流过此支路的瞬时电流的平均值为 ΔE为方波的幅值，ΔE=E2－E1。 令Cx的初始值为C0，ΔCx为Cx的增量，则Cx=C0+ΔCx, 调节Cd=C0 则 I 正比于ΔCx 。 5.4.5 脉冲宽度调制电路 脉冲宽度调制电路图 脉冲宽度调制电路电压波形 当两个差动电容器不相等时，由于充放电时间常数变化，此时uA、uB脉冲宽度不再相等，一个周期(T1+T2)时间内的平均电压值不为零。 此 uAB 电压经低通滤波器滤波后，可获得 Uo 输出。 U1——触发器输出高电平； T1、T2——Cx1、Cx