Преобразователь длительности импульса в напряжение

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2018

James Mahoney

EDN

Схема на Рисунке 1 к концу одного входного импульса преобразует его длительность в пропорциональное чистое напряжение постоянного тока. Существует еще одна технология, когда RC фильтр преобразует ШИМ-сигнал в среднее постоянное напряжение, но это очень медленный метод. Кроме того, с уменьшением коэффициента заполнения время преобразования увеличивается еще больше. В схеме на Рисунке 1 использованы два операционных усилителя LT1880 с низкими входными токами смещения (IC₂ и IC₃) и счетверенный аналоговый переключатель LTC202 (IC_1A, IC_1B, IC_1C и IC_1D), образующие интегратор и каскад выборки-хранения, которые преобразуют длительность импульса в постоянное напряжение. По окончании очередного импульса выходное напряжение остается неизменным. В приведенном здесь примере показано преобразование в напряжение положительных импульсов с низким коэффициентом заполнения, ширина которых изменяется от 1 мс до 2 мс, а период повторения равен 25 мс. Входной импульс запускает, останавливает и сбрасывает интегратор, а также управляет каскадом выборки-хранения. После сброса положительный импульс запускает интегратор на элементах R₁, C₁ и IC₂. При высоком уровне входного импульса каскад выборки-хранения, состоящий из элементов IC_1B, C₂ и IC₃, находится в режиме выборки, повторяя выходное напряжение интегратора.

Рисунок 1.	Эта схема формирует чистое постоянное напряжение, пропорциональное длительности входного импульса.

По спаду входного импульса схема отключает вход каскада выборки-хранения, переводя его в режим запоминания. После этого интегратор остается в состоянии сброса до прихода следующего положительного импульса. Во время сброса аналоговый ключ IC_1A открывается, чтобы отключить вход интегратора, ключ IC_1C закрывается, чтобы разрядить конденсатор интегратора C₁, а ключ IC_1B размыкается и отключает вход каскада выборки хранения, переводя его в режим хранения. Аналоговый ключ IC_1D инвертирует выходной сигнал ключа IC_1C. Операционный усилитель LT1880 хорошо подходит для использования в интеграторе и каскаде выборки-хранения благодаря низкому входному току смещения, максимальное значение которого равно 900 пА при 25 °C и 1500 пА в диапазоне температур от –40 °C до +85 °C. Еще один аргумент в пользу выбора этого усилителя – максимальный дрейф напряжения смещения, составляющий всего 1.2 мкВ/°C. Конденсатор C₁ и резистор R₁ задают крутизну преобразования.

Рисунок 2.	Схема на Рисунке 1 линейно преобразует длительность импульса в постоянное напряжение.

Для минимизации скорости спада напряжения каскада выборки-хранения и «дрейфа» интегратора конденсаторы C₁ и C₂ должны быть полипропиленовыми, полистирольными или фторопластовыми. Делитель R₃, R₄ устанавливает уровень выходного напряжения для средней длительности входного импульса, которая в данном примере равна 1.5 мс. Зависимость выходного напряжения от ширины входного импульса показана на Рисунке 2. Схему на Рисунке 1 легко изменять, чтобы получать различные коэффициенты преобразования, выходные уровни и диапазоны измерений для разных длительностей импульсов. Схема работает с информацией о ширине импульса, а не о значении коэффициента заполнения. Каскад выборки-хранения представляет собой аналоговое запоминающее устройство, хранящее постоянное напряжение, эквивалентное длительности импульса.

Материалы по теме