利用CMOS触发器“标签外”用法实现精密电容传感器
当涉及到药品时，“标签外”一词表明了某种药物(经常被发现)的不同于最初开发的实际而有益的用途。电子元器件也会出现这种情况，例如古老的CD4013B双D?CMOS触发器。尽管将4013标记为传统的双稳态逻辑元件，但它却能用作模拟器件而具有极好的标签外潜力。jseednc
例如，下面是将它用作电容比较器的工作原理，如图1所示。jseednc
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图1：将CD4013B用作电容式湿度传感器的电路图。jseednc
将2号触发器的Q输出(引脚12和13)和S/R输入(引脚8和10)通过相关的R、C和二极管网络交叉连接，就将其变成了约100kHz?RC振荡器。振荡的正半周期(引脚13为高)持续时间(T+)由R2C2控制，而R1t(微调器的上半部分)和Cx(湿度传感器电容)则用来控制其负半周期(引脚13为低)持续时间(T-)。jseednc
湿度增加会导致Cx增加，从而使R1tCx以及T-增加，反之亦然。同时，随着R1t将T-脉冲耦合到Cx和2号触发器S引脚(引脚8)上的时序斜坡，微调器的下半部分(R1b)则将其耦合到Cref和1号触发器S引脚(引脚6)上非常相似的斜坡。jseednc
时间常数R1tCx与R1bCref之间的相对差异构成了电容测量的基础。如果R1tCx＜R1bCref，这表明湿度低于R1的设定值，则引脚8上的斜坡将在引脚6上的斜坡之前越过0/1阈值并结束T-。这样，1号触发器在由引脚13上的上升沿定时时就能在T-结束时被复位，因此可以断言Cref＞Cx。jseednc
相反，如果R1tCx＞R1bCref，则引脚6将首先越过阈值，而使1号触发器保持置位，因此可以断言Cx＞Cref。jseednc
由于两个触发器都位于同一个芯片上，因此尽管温度和电源电压发生变化，它们各自的S输入阈值仍将相互密切跟踪，这就提高了开关点的精度和稳定性。jseednc
相同的电路在许多其他电容感应应用中同样适用，例如非接触式位置传感器/运动限位开关(图2)。jseednc
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图2：使用CD4013B的运动限位/位置感应接近开关。jseednc
储液器中液位的检测和控制是另一个合适的应用，因为上升的液位会导致液体和绝缘探头之间的电容增加，从而使Cx增加(图3)。jseednc
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图3：使用CD4013B的液位传感器。jseednc
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Stephen?Woodward与EDN设计实例(DI)专栏的关系可以追溯到很久以前。自1974年他的第一篇供稿发表以来，总共收到了其64篇投稿。jseednc
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：CMOS?flip-flop?used?“off?label”?implements?precision?capacitance?sensor，由Franklin?Zhao编译。）jseednc
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