簡化頻率比測量的方便電路

在很多儀器系統中，兩個頻率比值比兩個單獨的頻率更有意義。其中一種應用是比值量度電容傳感器，所產生的兩個頻率F1和F2反比于電容C1和C2。
然而，不需要昂貴的計算器件來確定頻率比。本文所示的簡單電路(圖1)可非常精確地擔當此工作。而且，它提供的輸出電壓可以直接用數字面板表或數字電壓表讀出。



下面說明電路工作。計數器(IC1，CD4017BE)與分頻F1(F1 每個Fd時鐘的正沿置位FFa(圖2)。F2時鐘的下一個正沿轉移Qa輸出的邏輯1電平到Qb輸出。現在，FFa復位。Qb輸出保持高態直到F2時鐘的下一個正沿轉移Qa輸出的邏輯0電平到Qb輸出為止。因此，在Qb輸出所產生的脈沖Qb脈沖寬度等于1個F2時鐘脈沖的周期。
因為Fd和F2彼此不是同步的，所以Qb脈沖的正沿保持Fd時鐘沿變化。但保持Fd<0.5F2，將保證點Qb脈沖在1個Fd時鐘周期到1個時鐘周期間不漏失。因此，每個Fd時鐘產生1個Qb脈沖。Qb脈沖約占空比由下式給出：
h=脈沖寬度/周期=1個F2 時鐘脈沖周期/1個Fd時鐘脈沖=Fd/F2
由于觸發器IC是CMOS器件，所以脈沖在地和VDD之間開關轉換。積分器(R1C1)平均Qb脈沖，給出輸出V0=VDD×h。注意，電容器C1必須是低漏電型的。保持VDD=5.000V，則得到V0：
V0=5(Fd/F2)=5F1/5F2=F1/F2



此電路工作的頻率范圍是0.005≤F1/F2≤2.5，頻率范圍是100Hz≤(F1，F2)≤1MHz，精度0.2%左右(見表1)。對于較高的頻率，用計數器IC把頻率降到低于1MHz。