В датчике приближения, показанном на Рисунке 1, антенной служит кусок фольгированного стеклотекстолита площадью 26 см2, который образует одну пластину конденсатора. Приближающийся (заземленный) человек служит другой пластиной, создавая емкость от 2 до 5 пФ, значение которой увеличивается по мере приближения человека. Например, на расстоянии 15 см от медной поверхности емкость, вносимая человеком, равна примерно 2 пФ.
 |
|
| Рисунок 1. | Этот датчик приближения зажигает светодиод, когда человек приближается к плате антенны в пределах порогового расстояния, установленного потенциометром R2. |
Упрощенная схема на Рисунке 2 показывает, как расстояние/емкость преобразуется в пропорциональное напряжение. Входные прямоугольные импульсы подаются непосредственно на нижний вход логического элемента «исключающее ИЛИ», но задерживаются на 0.693×R1×C1 с, прежде чем они будут восстановлены компаратором и достигнут верхнего входа логического элемента. Результирующий сигнал на выходе элемента «исключающее ИЛИ» фильтруется цепочкой R2, C2, чтобы получить напряжение, пропорциональное расстоянию.
 |
|
| Рисунок 2. | Два входа логического элемента «исключающее ИЛИ», входной сигнал одного из которых задерживается цепочкой R1-C1, а выходной сигнал фильтруется элементами R2 и C2, реализуют преобразование емкости в напряжение. |
Коэффициент заполнения выходного сигнала элемента «исключающее ИЛИ» пропорционален сумме задержек в цепи R1-C1 и компараторе, поэтому небольшое изменение задержки распространения компаратора может маскировать небольшие изменения емкости антенны. Схема на Рисунке 1 решает эту проблему благодаря использованию сдвоенного компаратора (IC1). Прохождение входных сигналов схемы «исключающее ИЛИ» через почти идентичные компараторы в значительной степени сводит на нет влияние напряжения смещения, дрейфа и задержки распространения компараторов.
Емкость задержки в схеме на Рисунке 1 состоит из конденсатора C1 емкостью 33 пФ, параллельно которому подключены 15 пФ (емкость 15 см коаксиального кабеля при 100 пФ/м) и емкость антенной пластины площадью 26 см2. Эта емкость заряжается до 5 В через резистор R1 во время каждого положительного полупериода входных прямоугольных импульсов. Когда рядом с детектором никого нет, эта емкость равна 48 пФ и дает задержку 16.5 нс на верхнем входе элемента «исключающее ИЛИ». При приближении руки к детектору на расстояние 15 см емкость возрастает до 50 пФ и задержка увеличивается до 17.3 нс, что дает разницу во времени всего 0.8 нс.
Для точного обнаружения такой небольшой разницы во времени в условиях изменения температуры компараторы должны иметь стабильные значения напряжения смещения и задержки распространения. (Изменения напряжения смещения, а также задержки распространения влияют на время задержки). Стабильность одного компаратора с задержкой распространения 10 нс обычно обеспечивает разрешение до 1 нс. Чтобы получить субнаносекундное разрешение, следует использовать подход со сдвоенными компараторами, показанный на Рисунке 1, который увеличивает полезное разрешение в четыре-пять раз.
Операционный усилитель IC2A смещает и усиливает постоянное напряжение в точке TP1, которое соответствует расстоянию между рукой и платой антенны. Движение руки в сторону антенны вызывает увеличение напряжения в точках TP1 и TP2. Усилитель IC2B и транзистор Q1 выполняют функцию компаратора с гистерезисом, который сравнивает напряжение в точке TP2 с напряжением 2.5 В. Таким образом, любое напряжение в точке TP2 выше 2.5 В (что соответствует приближению в 15 см) включает светодиод. Регулировкой потенциометра R2 можно установить порог, отличный от 15 сантиметров, а также к точке TP2 можно подключить цифровой вольтметр, чтобы считывать расстояние приближения в сантиметрах. R3 добавляет гистерезис для обеспечения четкого срабатывания компаратора.
Чтобы обеспечить устойчивость работы быстродействующего сдвоенного компаратора на Рисунке 1, печатная плата в дополнение к слою проводников схемы должна иметь земляной слой. Блокировка по питанию должна включать керамические конденсаторы емкостью 0.1 мФ, расположенные максимально близко к выводам питания компараторов.
Купить MAX406ACPA на РадиоЛоцман.Цены
