基于HS1101 的濕度傳感器及其變送器的設計

3.1 振蕩電路

振蕩電路的作用是將電容的變化量轉化為頻率可變的方波。由圖3 可知，這是一個非對稱多諧振蕩器?；蚍情TG1 工作在電壓傳輸特性的轉折區，把它的輸出電壓直接連接到或非門G2 的輸入端。G2即可得到一個介于高低電平之間的靜態偏置電壓，從而使G2 的靜態工作點也處于電壓傳輸特性轉折區上。反饋環路中電容使電路在兩個暫穩態之間往復振蕩。

由于電容充放電的時間T為2.2RC，所以輸出的方波頻率：

可見輸出頻率和電容值成反比。通過這個電路使濕度信號變為電容值，最后變為頻率信號輸出。

3.2 消除零點電容

需要指出的是，圖3 所示的濕度傳感器零點電容比較大，靈敏度不夠高，濕度從0%～100%RH，電容的變化量不超過30～50PF。為此，最好將零點電容消除掉，在實際設計中我們用兩片CMOS4001 集成電路對圖3 進行改造，具體見圖4。

A、B、C、D 四個點的波形如圖5 所示。由圖4 中U1 的4 個或非門組合邏輯可知：

只要調整C 的脈沖寬度，就可以得到D 的脈沖寬度，從而可以消除零點電容，經過調制的電容變化信號也就是濕度信號。將同一封裝內的門電路U2A、U2B、U2C、U2D 并聯使用，可以擴大CMOS 門電路輸出低電平時吸收負載電流的能力。

3.3 線性輸出信號調理

電路濕度的脈沖信號再經過后面的二極管整流、RC積分電路，得到隨溫度變化的電壓。由于信號比較微弱，再經過一個同向比例放大器把信號放大，最終把信號調理為0～3V的輸出。