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五月 28 2019

基于LM741的电容测量电路设计

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LM741LM741TexasInstruments±22500mW±30V

  LM741系列是通用运算放大器,具有比LM709等行业标准更高的性能。在大多数应用中,它们是709C、LM201、MC1439和748的直接插件替代品。LM741C与LM741和LM741A完全相同,只是LM741C的性能在0°C至+ 70°C的温度范围内保证,而不是-55°C至+ 125°C。本文将介绍由LM741构成的电容测量电路。

  电路设计

  由LM741等构成的电容测量电路如图1所示,该电路的测量原理是被测电容Cx充、放电而形成三角波,测量三角波的振荡周期就可知电容量的大小。由A1 可构成密勒积分电路,经A2构成的施密特电路形成正反馈而产生振荡。其振幅由R4和R3决定,等于电源电压的1/3。Cx的充电电流由电源电压和R2决定,放电电流由电源电压和(R1+R2)决定。从原理上讲,振荡周期应不受电源电压的影响,但实际上,由于A2差动输入电压的限制与晶体管驱动电路的常数等影响,故不允许电源电压大幅度的变动。电源电压的范围为±13~±15V,正、负电源电压的绝对值需要相等。

  不接电容Cx时,A2以延迟约20μS的时间进行振荡,可以计算出Cx对此进行补偿。Cx电容量为1000μF时的测量时间为10S。若R1和R2采用1KΩ的电阻,则测量时间可缩短到1/10。

  电路输出U。外接计数器,就可以读出被测电容的容量。

电容测量电路

  图1 电容测量电路

  LM709经R7、VT2到负输入端形成正反馈,构成施密特触发器。

  当LM709输出高电平时,VT2饱和导通,VT2的C极电压为0V。VT3、VT1都截止,+15V电源经过R1、R2对Cx充电,LM741的输出电压逐渐下降。当它降到0V时,施密特翻转,输出电压变低电平(-15V)。此时VT2变截止,VT2的C极电压升至+5V,巩固了LM709的低电平输出状态。同时VT3、VT1获得基极电流而导通,Cx经过R2和-15V电源反向充电,LM741的输出电压逐渐升高。当它升高到+5V时,施密特再次翻转,输出变高电平,完成一个周期。以上过程重复进行,就形成周期振荡。

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