自適應可變磁阻傳感器放大器及其應用

LM1815是省略門電路的自適應傳感放大器，適用于馬達控制。LM1815提供一次性脈沖輸出，其前沿與反向過零基準輸入信號恰好一致。正常工作時，計時基準信號在外部被處理（延遲）并且返回 LM1815，然后邏輯輸入可以用作傳送到輸出驅動極的定時基準或處理信號。

圖1：LM1815內部結構

結構特點
　　LM1815內部結構如圖1所示，特點如下：自適應磁滯、單電源工作、采用2～12V供電電壓、基準輸入、準確的過零定時基準、通過外部電阻輸入從100mV到高于120V的信號、CMOS邏輯兼容。
　　LM1815的引腳功能如下。
　　2腳：接地 　　　　 3腳：信號輸入
　　5腳：閾值調節 　　 7腳：峰值檢測器電容
　　8腳：電源 　　　　 9腳：定時脈沖輸入
　　10腳：門控輸出　 　11腳：輸入選擇
　　12腳：基準脈沖輸出 14腳：RC定時
　　1、4、6、13腳：空腳

　　LM1815的真值表見表1。使用LM1815時需要注意以下幾個問題。
　　1．輸入電壓箝位

　　信號輸入電壓通過3腳被內部箝位。正常工作時，輸入端電流限制由外部電阻決定。正向輸入由1千歐電阻和串聯二極管被箝位，反向輸入活動箝位限制3腳到地的典型值在350mV以下。因此輸入信號轉換超過350mV，輸入端電流將由V+電源提供。如果V+端不能充分旁路其產生的電壓紋波，將破壞設備的正常運行。同樣，輸入信號轉換超過500mV時，輸入端電流將通過2腳被切斷。設備2腳接地可實現微動轉換，由于接地技術不良與輸入信號地有關，會導致設備運行的不穩定。
　　2．輸入電流限制
　　為了使輸入端到地的阻值被確定為零，必須選擇適當的電阻。應用時，若輸入電壓信號到地不是對稱關系，應采用最小的電壓峰值。最小的Rext=Vinmax/3mA，在圖2中，Rext=18kΩ，建議使用的最大輸入信號電壓是±54V。
　　3．過零檢測器的工作
　　LM1815內部有一個過零檢測器，在輸入信號的反向沿觸發一個內部開關。不象其他過零檢測器, LM1815在波形的正向部分輸入信號超過閾值時才能被觸發。芯片被觸發時電路復位，并且后來的零交叉點被忽略，直到閾值被再次超過。這個閾值的改變取決于5腳的連接方式，共有三種不同的工作方式。
　　一是5腳開路。自適應方式的選定是通過斷開5腳。對輸入信號小于±135mV（即270mVp-p）和大于典型的±75mV（即150mVp-p），輸入閾值為典型值45mV。在這些條件下，輸入信號正向必須首先通過45mV閾值來支持過零檢測器，然后反向通過零點去觸發它。如果信號小于30mV峰值，就不會去觸發開關。
　　輸入信號大于±230mV（即460mVp-p）將引起閾值在峰值輸入電壓80%處跟蹤目標。在7腳峰值檢測器電容儲存正的輸入電壓，建立閾值。輸入信號在正向必須超過這個閾值以便支持過零檢測器，然后由反向零交叉點決定哪一個能被觸發。
　　隨著輸入信號幅度的增加，峰值檢測器迅速地跟蹤，并且隨著輸入信號減弱，峰值檢測器電容電壓通過與7腳外部連接的電阻而衰減。如果輸入信號幅度比儲存到峰值檢測器電容上的電壓下降得快，輸出信號將消耗，直到電容電壓減小到適當的電平。
　　需要注意的是，由于輸入電壓被箝位，在3腳觀察到的波形和在可變磁阻傳感器上觀察到的波形并不相同。同樣，在7腳儲存的電壓和在3腳呈現的峰值電壓也不相同。
　　二是5腳連接到V+。當5腳被連接到正電源時，輸入裝備閾值被固定在200mV的最小值。芯片沒有小于±200mV（即400mVp-p）的信號輸出，當閾值被超過時，在下一個反向過零點被觸發。
　　三是5腳接地。隨著5腳接地，輸入閾值從開始的0V到最大值±25mV。正向過零點使芯片開始工作，并且在下一個反向過零點觸發它。這是過零檢測基本的工作形式。

　　4．一次性定時
　　一次性定時由接到14腳的電阻和電容設置。建議最大電阻值為150kΩ。只要電容器沒有任何影響RC時間常數的泄漏，電容值能根據需要而改變。

　　輸出脈寬=0.673RC
　　為了給定一次性脈沖寬度，建議最大輸入信號頻率為1/（1.346RC）

　　圖2中，R=150kΩ,C=0.001μF，最大輸入頻率典型值是5kHz。輸入頻率在所建議的頻率最大值以上時可導致電路工作異常。如應用時不需要，設備的14腳能直接接地。

　　5．邏輯輸入
　　某些系統中，需要產生外部脈沖。輸入選擇11腳拉高時，9腳外部的脈沖輸入到內部門電路以控制10腳輸出。輸入/輸出9、11、10和12腳是CMOS邏輯兼容的。另外，9、11和12腳是TTL兼容的。10腳不能保證用于驅動TTL負載。1、4、6和13腳沒有內部連接并且可接地。

應用領域
　　圖2是LM1815的典型應用電路。采用LM1815芯片設計的自適應傳感器放大器可廣泛應用于轉速計、過零切換、馬達轉速控制、鋸齒輪位置感測、發動機測試等領域。

圖２：LM1815典型應用電路