差动脉宽调制电路

5.3.2 差动脉宽调制电路

该电路常用于差动电容式传感器，电路原理如图5-12所示。该电路由电压比较器A 1、A 2、双稳态触发器及电容充放电回路所组成；C 1、C 2为传感器的差动电容；A 3为低通滤波器；双稳态触发器的两个输出端用作差动脉冲宽度调制电路的输出；f U 为比较电压。

设电源接通时，双稳态触发器的A 端为高电位，B 端为低电位，因此A 点通过1R 对1

C 充电，直至M 点上的电位等于参考电压f U 时，比较器A 1产生脉冲，触发双稳态触发器翻转，A 点成低电位，B 点成高电位。此时M 点电位经二极管

D 1从f U 降至零，而同时B 点的高电位经2R 向2C 充电，当N 点电位充电至f U 时，比较器A 2产生一脉冲，使触发器又翻转一次，使A 点成高电位，B 点成低电位，又重复上述过程。如此周而复始，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受1C 、2C 调制的脉冲方波。方波脉宽与1C 、2C 的关系如下：当1C =2C 时，线路上各点电压波形如图5-13（a ）所示，A 、B 两点间平均电压为零。但当1C 、2C 值不相等时，如1C >2C ，则1C 、2C 充放电时间常数发生改变，电压波形如图5-13（b ）所示。A 、B 两点间平均电压不再是零，输出直流电压U sc 等于A 、B 两点间电压平均值U AP 与U BP 之差。已知：

1AP 112T U U T T =

+ 2

BP 112

T U U T T =+

式中，1U 为触发器输出高电平，T 1、T 2为充电时间。 则 12

sc AP BP 1

12

T T U U U U T T -=-=+

（5.3.1）

图5-12 差动脉冲宽度调制线路

11111f ln

U T R C U U =- 1

2221f

ln U T R C U U =-

设充电电阻12R R R ==，则得

12

sc 112

C C U U C C -=

+ （5.3.2）

由上式可知，差动电容的变化使充电时间不同，从而使双稳态触发器输出端的方波脉宽不同而使输出直流电压U sc 不同。而且不论对于变面积或变极距型差动式电容

传感器，均能获得线性输出。

调宽电路还具有以下特点：与双T 线路相似，不需附加相敏解调器，只需低通流波器即能获得直流输出；输出信号一般为100kHz~1MHz 的矩形波，所以直流输出只须经低通滤波器简单地引出，由于低通滤波器的作用，对输出矩形波的纯度要求不高；只需要一电压稳定度较高的直流电源，这比其它测量电路中需要高稳定度的稳频稳幅的交流电源易于实现。