На температурный коэффициент усиления обычных схем преобразователей напряжение-частота (ПНЧ) влияет дрейф емкости конденсаторов подкачки заряда. Хотя для минимизации влияния этого дрейфа используются схемы компенсации, для получения значительно меньшего дрейфа усиления требуется другой подход.
В схеме на Рисунке 1 температурный коэффициент усиления снижен до 5 ppm/°C за счет замены конденсатора кварцевым тактовым генератором.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема ПНЧ с кварцевой стабилизацией. |
В схемах с подкачкой заряда обратная связь основана на соотношении Q = CV, где Q – заряд конденсатора C, а V – напряжение на конденсаторе. В схеме с кварцевой стабилизацией основой обратной связи является соотношение Q = IT, где I – ток стабильного источника, а T – интервал времени, кратный периоду импульсов тактового генератора.
На Рисунке 2 показаны формы сигналов в схеме на Рисунке 1. При интегрировании положительного входного напряжения выходное напряжение усилителя A1 изменяется в отрицательном направлении (осциллограмма A, Рисунок 2). Выход Q1 триггера (осциллограмма B) меняет состояние по первому положительному фронту тактового импульса после того, как выходное напряжение A1 пересекло логический порог входа D. Тактовые импульсы частотой 50 кГц (осциллограмма C) поступают от второй половины триггера, которая управляется релаксационным генератором с кварцевой стабилизацией на компараторе А2. Выход Q1 триггера управляет стробированием прецизионного источника втекающего тока, состоящего из операционного усилителя A3, источника опорного напряжения LM199, полевого транзистора и коммутатора LTC1043. Когда усилитель A1 интегрирует отрицательное напряжение, уровень сигнала на выходе Q1 высокий, и LTC1043 направляет выход источника тока в землю через выводы 11 и 7. Когда выходное напряжение A1 пересекает порог входа D, по первому положительному фронту тактового импульса уровень выхода Q1 триггера становится низким. Выводы 11 и 8 коммутатора LTC1043 замыкаются, и из суммирующей точки усилителя А1 начинает вытекать точный, быстро нарастающий ток (осциллограмма D).
 |
|
| Рисунок 2. | Осциллограммы сигналов в схеме ПНЧ с кварцевой стабилизацией. |
Этот ток, масштабированный таким образом, чтобы быть больше максимального входного тока, обусловленного сигналом, заставляет выходное напряжение усилителя A1 изменяться в противоположном направлении. По первому положительному фронту тактового импульса, пришедшего после того, как выходное напряжение A1 пересечет логический порог входа D, снова происходит переключение, и весь процесс повторяется. Частота повторения зависит от входного тока, следовательно, она напрямую связана с входным напряжением. Выходной сигнал схемы может быть взят с выходов Q1 или /Q1 триггера. Поскольку в этой схеме конденсатор заменен кварцевым генератором, ее температурный дрейф невелик; типичное значение дрейфа составляет 5 ppm/°C. Кварцевый резонатор вносит порядка 0.5 ppm/°C, а остальной дрейф зависит от компонентов источника тока, разброса времени переключения и входного резистора.
Смещенные в обратном направлении транзисторы 2N3904 выполняют функцию стабилитронов, обеспечивая КМОП триггер напряжением питания порядка 15 В. Диоды на входе D1 триггера предотвращают его перегрузку бросками напряжения, возникающими на выходе операционного усилителя А1 во время запуска схемы.
Из-за ограничений возможности быстрого и точного переключения источника тока шкала выходных частот ПНЧ такого типа обычно ограничена относительно низкими значениями, например, от 10 до 100 кГц.
Кроме того, из-за неопределенного временного соотношения между выходным сигналом усилителя A1, переключающим триггер, и фазой тактового сигнала, может возникнуть кратковременный джиттер частоты. Обычно это не является проблемой, поскольку выходные данные схемы считываются в течение многих циклов, например, от 0.1 до 1 секунды.
Показанная здесь схема имеет линейность 0.005%, ее температурный коэффициент усиления равен 5 ppm/°C, а полная шкала частот составляет 10 кГц. Низкое входное смещение микросхемы LT1056 снижает ошибку нуля до 0.005 Гц/°C. Для подстройки этой схемы нужно подать на вход ровно 10 В и потенциометром 2 кОм установить на выходе частоту 10,000 кГц.
Купить LM199 на РадиоЛоцман.Цены
