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使用“標簽外”的 CMOS 觸發器實現精密電容傳感器

微云疏影 ? 來源:維庫 ? 作者:維庫 ? 2023-06-24 14:49 ? 次閱讀

應用于藥品時,術語“標簽外”表示一種藥物的(經常發現的)實際和有益用途不同于其初開發的用途。這種情況也發生在電子元件上,例如古老的 CD4013B 雙 D CMOS 觸發器。盡管 4013 被標記為傳統的雙穩態邏輯元件,但它作為模擬部件仍然具有極好的標簽外潛力。

例如,這里展示了它作為電容比較器工作原理,如圖 1所示。

poYBAGSOqNOADrJVAABxKlJhskk827.png

圖 1 CD4013B 用作電容式濕度傳感器的電路圖。

#2 觸發器的 Q 輸出(引腳 12 和 13)和 S/R 輸入(8 和 10)通過相關的 R、C 和二極管網絡交叉連接,將其變成一個約 100kHz 的 RC 振蕩器。正振蕩半周期(引腳 13 高電平)的持續時間 (T+) 由 R2C2 控制,而 R1t(微調器的上半部分)和 Cx(濕度傳感器電容)控制負振蕩的持續時間 (T-)(引腳13 低)半周期。

增加濕度會增加 Cx,從而增加 R1tCx 和 T-,反之亦然。同時,當 R1t 將 T 脈沖耦合到 Cx 和 S#2 引腳 8 上的時序斜坡時,微調器 (R1b) 的下半部分將其耦合到 Cref 和 S#1 引腳 6 上非常相似的斜坡。

時間常數 R1tCx與R1bCref之間的相對差異構成了電容測量的基礎。如果 R1tCx 《 R1bCref,表明濕度低于 R1 上的設定值,則引腳 8 上的斜坡將超過 0/1 閾值并在引腳 6 上的斜坡之前結束 T-。這將允許 FF#1 在 T- 結束時由引腳 13 上的上升沿計時時復位,斷言 Cref 》 Cx。

相反,如果 R1tCx 》 R1bCref,則引腳 6 將首先越過閾值,保持 FF#1 置位并斷言 Cx 》 Cref。

由于兩個觸發器位于同一芯片中,因此盡管溫度和電源電壓發生變化,它們各自的 S 輸入閾值仍將密切跟蹤彼此,從而提高開關點精度和穩定性。

同一電路在許多其他電容感應應用中同樣適用,例如非接觸式位置傳感器/運動限位開關(圖 2)。

pYYBAGSOqN2AAjjRAABfLRMverA735.png

圖 2使用 CD4013B 的運動限制/位置感應接近開關。

檢測和控制儲液器中的液位是另一個合適的應用,因為 Cx 會增加,因為液位上升會增加液體與絕緣探頭之間的電容。

pYYBAGSOqOiANNpeAABdXl69190261.png

圖 3使用 CD4013B 的液位傳感器。

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