來源：《國外電子元器件》

     摘要：介紹了美國motorola公司生產(chǎn)的mpx2100壓力傳感器的工作原理，給出了基于mpx2100構(gòu)成的數(shù)字壓力計以及v/f變換器的應(yīng)用電路。

     關(guān)鍵詞：壓力傳感器

     電壓頻率變換 數(shù)字壓力計 mpx2100

     利用motorola公司生產(chǎn)的mpx2100半導(dǎo)體壓力傳感器可以把壓力轉(zhuǎn)換成毫伏級的差模電壓信號，該壓力傳感器具有良好的線性度，它的輸出電壓與所加壓力成精確的正比例關(guān)系。另外，mpx2100所具有的溫度被償特性克服了半導(dǎo)體壓力敏感器件存在溫度漂移問題，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

     1 工作原理

     mpx2100有4個引腳，1腳接地，3腳加工作壓力，2腳和4腳之間輸出與壓力成正比的差模電壓信號。

     mpx2100是一種壓阻式壓力傳感器，在硅基片上用擴(kuò)散工藝制成4個電阻阻值相等的應(yīng)變元件構(gòu)成惠斯頓電橋。電橋有恒壓源供電和恒流源供電兩種供電方式。采用恒壓源供電的原理圖如圖1所示。

     當(dāng)壓力傳感器受到壓力作用時，一對橋臂的電阻值增大δr，另一對橋臂的電阻值減少δr，電阻變化量δr與壓力成正比，即δr=kp，電橋輸出電壓uo=e(δr/r)=(ek/r)p，即電橋輸出電壓與壓力p成正比。

     2 基于mpx2100的數(shù)字壓力計

     mpx2100構(gòu)成的數(shù)字壓力計如圖2所示。mpx2100的工作電壓為12v，傳感器4腳和2腳之間輸出的壓力信號送到ic1、ic2進(jìn)行放大，放大器的增益為1+40/rp1，ic1、ic2接成同相輸入阻態(tài)，可以獲得儀器放大器所需的高輸入阻抗；ic3是一個單位增益的差動放大器，通過它可以獲得較高的cmrr，ic4和rp2分壓電路構(gòu)成調(diào)零電路，rp1用來調(diào)節(jié)放大器電路的增益，以完成滿量程壓力時的顯示數(shù)字校準(zhǔn)。ic3輸出的電壓加在a/d轉(zhuǎn)換器ic5的模擬電壓輸入端（31腳），并由ic5轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以驅(qū)動led顯示器顯示壓力的大小。

     3 電壓頻率變換電路

     圖3所示是由mpx2100構(gòu)成的電壓頻率變換電路。該電路由放大和電壓頻率變換兩部分組成，并由一個4運(yùn)放和一些電阻組成放大電路，它具有高差模增益和高共模抑制比，而且輸入阻抗高，可以調(diào)整電路的偏置。電路的差模放大主要由a1完成，a2用來防止運(yùn)放的反饋電路流入傳感器的負(fù)端。在零壓力時，傳感器的2腳和4腳之間的電壓之差為零。如果2腳和4腳的共模電壓各為4v（傳感器電源電壓的一半），則a1的1腳電壓也是4v，這樣，該電壓經(jīng)a3和a4路即可使其輸出為零壓力電壓。輸出端的零壓力偏置由r4和r12引入，調(diào)節(jié)r12可以設(shè)置偏置電壓。通過r7可選擇從13腳看過去的阻抗，通常為1kω。放大器增益av=r5[1+(r11/r10)]/r6=125。選擇增益為125可使傳感器的滿量程輸出擺幅在32mv時放大到4v的擺幅。

     a3輸出端輸出的0.5～4.5v的電壓經(jīng)v/f變換后可輸出1～10khz的頻率。a3的8腳與ad654v/f變換器相連。其滿量程輸出頻率由r3、r13和c3決定，并可根據(jù)下式來計算：

     fout(滿量程)=vin/[10(r3+r15)c3]

     為了獲得最好的性能，r3和r13的選擇應(yīng)使ad654的3腳在滿量程時有1ma的驅(qū)動電流。ad654的輸入級是一個運(yùn)放，因此它的3腳和4腳電壓相等（虛短），這樣在滿量程時，3腳的電壓為4.5v，r3+r13約為4.5kω，因此，流過r3和r13的電流為4.5v/4.5k=1ma。也就是說，r3+r13一旦給定，c3將決定v/f的滿量程輸出頻率。微調(diào)r13可實現(xiàn)滿量程頻率的調(diào)整。零壓力頻率的調(diào)整可通過調(diào)節(jié)r12來實現(xiàn)。頻率輸出的邊沿跳變速度可通過一個小信號fet反相器來提高（bs107a），該電路的最后輸出與微控制器的計數(shù)器輸入兼容。

     mpx2100