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差變專用集成電路SF5520的原理及應(yīng)用
SF5520是一種專門同差動(dòng)變壓器配套使用以進(jìn)行測量與轉(zhuǎn)換的單片式集成電路，它上有功耗低、體積小、安裝容易、使用方便等特點(diǎn)。SF5520與差動(dòng)變壓器配合使用所組成的測量系統(tǒng)能在化電路的同時(shí)顯著提高系統(tǒng)性能。它與SJ5520、NE5520性能相同，封裝形式也一致，可以直接互換。SF5520能提供電感傳感器所必需的低失真穩(wěn)定正弦波激勵(lì)電源，并能對傳感器的輸出信號進(jìn)行高精度的相敏整流處理。同時(shí)，芯片內(nèi)部相對獨(dú)立的輔助運(yùn)算放大器還可為實(shí)際應(yīng)用增加更大的靈活性。
1 SF5520的引腳功能
SF5520采用14腳雙列塑封，其管腳排列如圖1所示。各引腳的功能如下：
1腳：輔助運(yùn)放輸出；
2腳：輔助運(yùn)放同相輸入；
3腳：輔助運(yùn)放反相輸入；
4腳：內(nèi)部相敏整流器輸入；
5腳：內(nèi)部相敏整流器輸出；
6腳：內(nèi)部相敏流器參考信號輸入；
7腳：接地；
8腳：二分之一基準(zhǔn)電壓；
9腳：信號發(fā)生器輸出；
10腳：信號發(fā)生器輸出（與9腳反相）；
11腳：內(nèi)部運(yùn)放反相輸入端；
12腳：基準(zhǔn)電源；
13腳：信號發(fā)生器外接電容；
14腳：電源。
2 SF5520的結(jié)構(gòu)原理
圖2是SF5520的內(nèi)部等效電路框圖，它由濾形發(fā)生器、相敏整流器、偏置電路及輔助運(yùn)放組成。圖中，芯片內(nèi)部的電阻除R7、R8為5kΩ以外，其余均為10kΩ。
SF5520內(nèi)部有一個(gè)諧波含量小于5%且具有一定負(fù)載能力的正弦波信號發(fā)生器，其輸出可用于對差動(dòng)變壓器初級繞組提供驅(qū)動(dòng)。它由三角波信號發(fā)生器B1、波形轉(zhuǎn)換電路B2及信號輸出級A1、A2等組成。三角波信號發(fā)生器的振蕩頻率與外接電容C1有關(guān)，通過改變該電容值可使輸出信號頻率在1~20kHz之間調(diào)節(jié)。振蕩頻率f與外接電容C1之間存在下列關(guān)系：
f=110/C1
式中：f的單位是Hz，C1的單位是μF。
SF5520內(nèi)部的相敏整流電路由運(yùn)放A3、A4及可控電子開關(guān)B4組成。其中由運(yùn)放A3組成電壓跟隨器，以提高相敏整流電路的輸入阻抗；A4及電阻R1~R4組成換向放大器，其工作狀態(tài)由電子開關(guān)B4控制；可控電子開關(guān)由輸入信號控制，輸入信號的不同極性可導(dǎo)致電子開關(guān)的導(dǎo)通與截止。
偏置電路（B3）可為SF5520內(nèi)部各單元電路提供穩(wěn)定的工作電壓，以保證電路能穩(wěn)定可靠地工作，同時(shí)還確保輸出信號的動(dòng)態(tài)工作范圍。
此外，SF5520內(nèi)部還設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器（A5），該放大器可為實(shí)際應(yīng)用提供極大方便。
3 SF5520的技術(shù)參數(shù)
SF5520的主要技術(shù)參數(shù)如下：
振蕩頻率：1~20kHz，由外接電容確定。
輸出信號失真：小于5%，典型值4%。
輸出電流：典型值15mA，最小值8mA。
外接負(fù)載阻抗：小于1kΩ。
輸入電壓：最小值4.5V，最大值5.5V。
輸入電流：典型值300μA，最小值100μA，最大值1mA.
線性誤差：典型值0.05%，最大值0.1%。
單電源：5~20V；雙電源：±2.5~±10V。
電源電流：典型值15mA，最大值20 mA。
基準(zhǔn)電壓：最小值5V，最大值與電源電壓相同。
增益：典型值為100000倍。
輸入失調(diào)電壓：最小值-10 mA，最大值 10mA。
輸出電壓擺幅：最小值1.5V，最大值為電源電壓-1.5V。
輸出短路電流：典型值50 mA。
典型功耗：小于220 mW，極限耗散功率為840 mW。
環(huán)境溫度：0~70℃。
存儲溫度：-65~125℃。
4 SF5520的應(yīng)用電路
差動(dòng)變壓器式傳感器屬于互感式傳感器。它本身是一個(gè)變壓器，其原邊是一個(gè)繞組接入激勵(lì)信號，副邊有兩個(gè)相同的繞組反向串接以獲得輸出信號。鐵芯的一端與被測物體連接，當(dāng)被測物體移動(dòng)時(shí)，就會因鐵芯的移動(dòng)使逼邊兩繞組與原邊繞組的互感不同而引起輸出信號變化。將SF5520與差動(dòng)變壓器配合使用可組成電動(dòng)執(zhí)行器中的位置發(fā)送器，其電路十分簡單，且調(diào)試方便，性能優(yōu)良。圖3是一種可接浮地負(fù)載的位置發(fā)送器電路，圖中，R3、C2組成移相電路，其作用是使相敏整流器的參考信號（差變的激勵(lì)信號）與輸入信號（差變的輸出信號）相位一致，從而改善電路的性能，R3的參考值為20k℃,C2的參考值為0.02μF。R2、C1組成無源濾波電路，用于對相敏整流器輸出信號加以濾波。輔助運(yùn)放A5可與調(diào)恒流管CRD等可組成V/I轉(zhuǎn)換電路，可對相敏整流器的輸出信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以輸出0~10mA的直流電流作為位置發(fā)送器的輸出信號。由圖可知：
（IL IH）（R0 RWL）=V5
IL=[V5/（R0 RWL）]-IH
式中，V5為相敏整流器輸出端5腳的電壓，IH為可調(diào)恒流管CRD的輸出電流。由上式可知，改變
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