В усовершенствованном модуляторе используется «негатрон»

Схему емкостного датчика с FSK модулятором и радиочастотным передатчиком [1] можно улучшить, изменив часть модулятора для получения лучшей точности. Дополнительные улучшения являются результатом добавления «негатрона» – конфигурации схемы, в которой используется эквивалентная отрицательная емкость. Некоторое представление об использовании отрицательного импеданса дает [2]. Схема на Рисунке 1 работает с радиочастотным передатчиком, аналогичным описанному в [1] (Рисунок 2). В модуляторе используется операционный усилитель IC₁ в стандартной конфигурации триггера (с добавлением резистора смещения R₄ из-за работы с однополярным питанием). В «негатронной» части схемы используется операционный усилитель IC₂. Выходная частота f модулятора без негатрона является функцией постоянной времени τ_М:

Рисунок 1.	Модулятор обеспечивает улучшенные характеристики по сравнению со схемой [1]; негатрон увеличивает чувствительность и разрешающую способность.

Таким образом, частота зависит от значения физического параметра, содержащегося во входном сигнале (например, давления или влажности). Потенциальная точность и стабильность модулятора на Рисунке 1 выше, чем у модулятора в [1], из-за низких значений входной емкости и температурного коэффициента операционного усилителя LT1124 и высокой стабильности порога напряжения, задаваемого резисторами R₄ - R₆.

Рисунок 2.	Этот простой передатчик из [1] позволяет дистанционно измерять физические параметры.

Добавление негатрона к схеме на Рисунке  увеличивает относительную чувствительность частотного модулятора. Эквивалентная емкость негатрона равна

Если предположить, что входная физическая величина вызывает изменение емкости датчика на ΔC (по сравнению с начальной емкостью датчика C₀), то относительное изменение выходной частоты без негатрона (для малых ΔC) равно

С добавленным негатроном выражение принимает вид

Результатом является более высокая относительная чувствительность из-за уменьшения значения знаменателя. Для схемы на Рисунке 1 емкость составляет примерно –100 пФ. Другими словами, при заданном изменении входного значения происходит большее относительное отклонение частоты. Обратите внимание, что добавление негатрона изменяет эквивалентную постоянную времени:

Получить желаемую начальную частоту f₀ можно регулировкой сопротивления R₃. Заметим также, что измеренные значения f₀ и Δf могут отличаться от расчетных из-за паразитных параметров и входной емкости операционного усилителя.

Ссылки

1. Shyam Tiwari. Передатчик измеряет относительную влажность в трех каналах.
2. Belousov, Alexander, “Negative impedance improves capacitive sensors,” EDN, March 30, 1995, pg 82.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices LT1124
2. Datasheet Texas Instruments SN74HC132