Высокоимпедансный вольтметр на основе логических элементов

Texas Instruments CD4011A

Raju Baddi

EDN

Описанную в этой статье схему можно использовать для оценки напряжений, падающих на сопротивлениях от 10 до 100 МОм. Она также работает с обратносмещенными диодами. Обычные КМОП логические элементы на Рисунке 1 имеют входное напряжение порога, при пересечении которого выходное напряжение меняется c «лог. 0» на «лог. 1» и наоборот. Пороговое напряжение зависит от напряжения источника питания (Рисунок 2). Поскольку входное сопротивление любого КМОП логического элемента (ЛЭ) очень высоко, входные токи составляют примерно 0.01 нА. Для сравнения: если к сопротивлению 100 МОм приложить напряжение 5 В, получим ток 50 нА. Это означает, что вход логического элемента может быть подключен к точке, в которой он потребляет незначительное количество тока.

Вебинар «Необычное в обычном. Сравнительный анализ современных решений Recom» (27.01.2022)

Использование КМОП логических элементов и регулируемого источника питания для поиска неизвестного напряжения.
Рисунок 1. Использование КМОП логических элементов и регулируемого
источника питания для поиска неизвестного напряжения.

Чтобы получить желаемое пороговое напряжение КМОП логического элемента, можно изменять его напряжение питания. Если к одному из входов ЛЭ приложить неизвестное напряжение, а затем подключить другой вход к источнику положительного напряжения, можно изменять напряжение питания VS, пока не будет достигнута точка, в которой пороговое напряжение входа сравняется с неизвестным напряжением.

Пороговое напряжение логического элемента почти линейно зависит от напряжения источника питания.
Рисунок 2. Пороговое напряжение логического элемента почти
линейно зависит от напряжения источника питания.

В этот момент уровень выхода измерительного логического элемента IC1A изменяется с «лог. 0» на «лог. 1». Напряжение, при котором происходит переключение ЛЭ, неизвестно; его можно оценить, используя график зависимости порогового напряжения от напряжения питания на Рисунке 2. Аппроксимируя экспериментально полученные точки параболой или полиномом (скажем, 20 точек, снятых в диапазоне напряжений питания от 2 до 15 В), можно получить оценочное значение порогового напряжение VT для любого напряжения питания. Схема была собрана и испытана.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Logic gates form high-impedance voltmeter

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

T-electron
Россия и страны СНГ
CD4011A
Texas Instruments
по запросу
CD4011A----CALLREP
Texas Instruments
по запросу
Запись вебинара «Микросхемы для защиты цепей питания: ограничители всплесков напряжения и тока, контроллеры горячей замены, идеальные диоды»
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя