На Рисунке 1 представлен дешевый и забавный инвертор напряжения, который я некоторое время назад предлагал в статье «Простой, точный и эффективный инвертирующий зарядовый насос за 1 доллар» [1].
![]() |
|
Рисунок 1. | Универсальная микросхема xx4053 служит основой для создания дешевого, эффективного и точного инвертора напряжения. |
Вскоре после этого идея мутировала в несложный, недорогой и довольно быстрый (1 МГц) маломощный преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ) «Схема инвертора напряжения трансформируется в ПНЧ с быстродействием 1 МГц» [2]. См. Рисунок 2.
![]() |
|
Рисунок 2. | Модифицированный инвертор напряжения превращается в экономичный 1-мегагерцовый ПНЧ. |
Интересная особенность схемы на Рисунке 2 заключается в том, что, хотя она описывается как преобразователь напряжения в частоту, ее с таким же успехом можно было бы назвать преобразователем тока в частоту. Это связано с тем, что входной ток, равный VIN/R1, заряжает конденсатор C3, заставляя транскондуктивный усилитель на транзисторах Q1 и Q2 замыкать петлю обратной связи через генератор зарядового насоса. Петля непрерывно регулирует частоту FPUMP зарядового насоса, балансируя ток насоса IPUMP так, чтобы он был равен по величине и противоположен по направлению входному току IIN:
Это позволяет создавать необычайно простые и экономичные схемы интерфейсов датчиков, подобных показанной на Рисунке 3.
![]() |
|
Рисунок 3. | Восемь термисторов могут использовать один резистор возбуждения. |
В техническом описании типичного NTC термистора (например, Molex 2152723605) приведены его четыре основных параметра, указанных ниже в скобках.
- T0 – температура калибровки (25 °C = 298.15K).
- R0 – сопротивление при температуре калибровки (10 кОм ±1%).
- β – коэффициент бета (3892K).
- Коэффициент (саморазогрева) рассеяния (1.5 мВт/°C).
- Тогда сопротивление термистора RT как функция температуры T в градусах Кельвина рассчитывается по формуле:
Выбор сопротивления резистора возбуждения R1 требует оценки самой высокой температуры (TMAX), в которую, как ожидается, будет погружен любой из термисторов, и, следовательно, самого низкого сопротивления, которое будет считываться.
- Затем мы вычисляем
- R1 = 10 кОм – RX.
Если пункт 7 расчета требует, чтобы R1 < 0, то R1, конечно, просто исключается. Взяв для примера TMAX = 100 °C и числа из технического описания 2152723605, получим RX = 725, R1 = 10000 – 725 = 9275, ближайшее стандартное значение в ряду 1% к которому равно 9310.
Адресация считываемого терморезистора осуществляется трехбитным двоичным адресом, подаваемым на мультиплексор U2 с выходных линий общего назначения GP0-GP2 подключенного микроконтроллера. Затем запускается внутренний таймер/счетчик микроконтроллера, на вход которого поступают импульсы ПНЧ, которые накапливаются в течение 216 мкс = 65.536 мс. Вызовите накопленное 16-разрядное целочисленное значение ADC. Затем выполните расчет полученных температур, который при использовании параметров того же термистора будет происходить следующим образом:
°C = K – 273.15.
Преобразования по своей сути являются логометрическими, поэтому нечувствительны к помехам и отклонениям напряжения шины 5 В, а также интегрирующими, что делает их очень устойчивыми к наводкам. Неплохие характеристики для АЦП стоимостью два доллара.
Благодаря низкому сопротивлению замкнутого ключа мультиплексора U2 и большому сопротивлению разомкнутого – примерно 60 Ом и 100 МОм, соответственно, он не оказывает существенного влияния на ошибку.
Ссылки
- Stephen Woodward. Простой, точный и эффективный инвертирующий зарядовый насос за 1 доллар
- Stephen Woodward. Схема инвертора напряжения трансформируется в ПНЧ с быстродействием 1 МГц