触发器加扼流圈构成简单且廉价的电感式传感器

　　检测和跟踪小型金属物体的传感器是方便的小工具，无论是用于在装配线上布置工件，还是在海滩上寻找丢失在沙子中的“宝藏”。典型的传感器设计包括集成到振荡器中的电感器，因此金属进入电感器的磁场会改变振荡频率。图 1显示了一个特别简单且廉价的示例，该示例可生成约 100 kHz 可变频率脉冲串，适合直接输入到典型 MCU 的内部计数器/定时器外设。

　　

　　图 1将触发器输出与扼流圈交叉耦合，形成周期与电感成正比的振荡器，从而形成金属物体的简单传感器。

　　

　　这是它的工作原理。

　　Q1、Q2 和相关的 R 组成基本置位/复位双稳态多谐振荡器（触发器），只要提供电源，该多谐振荡器通常会稳定并保持两个稳定且互斥状态之一：Q1 ON 和 Q2关闭，反之亦然。但当如图所示在晶体管集电极之间添加电感器 L 时，事情会变得更有趣（并且不太稳定）。

　　现在，由于 OFF 晶体管的集电极（约 2.5 V）和 ON 晶体管的集电极（约 0V）之间存在电压差，并且假设扼流圈串联电阻 《《 Rn（n = 1、2、3 或4），电流开始通过 L 斜坡上升，时间常数为 L/（R/2）。这会降低 OFF 晶体管集电极的电压，从而降低提供给 ON 晶体管基极的电流。终，基极电流降得太低，晶体管的电流增益无法使其保持饱和，从而使其关闭。随后，扼流电流 （I L ） 将该晶体管的集电极驱动至 5 V，并将相反的晶体管导通，导致 I L开始反向并开始新的振荡半周期，每个半周期都有一个周期的：

　　Thalf = （L/R/2）Log e （hfe），

　　R = R n n = 1、2、3 或 4；L = 扼流圈电感，

　　hfe = 晶体管电流增益。

　　因此，

　　Fout = 1/Tcycle = （R/L）/Log e （hfe），

　　2N3904 的典型 hfe 为 ~150，因此 Log e （hfe） ~ 5，且

　　Fout = R/L/5。

　　图 2和图 3更详细地显示了时序关系的来源。使用图 1 的电阻器和电感器值，

　　Fout = 1000 欧姆/2 mHy/5 = 100 kHz。

　　图 2约 5μs 振荡半周期期间的电感电流波形。

　　图3振荡器波形：I L和Q1、Q2 输出信号。

　　当然，实际的 2N3904 hfe 既取决于器件又取决于温度，并且真正的扼流圈具有显着的串联电阻、寄生电容，而且很少是精密元件。因此，上面的频率表达式有些近似，但仍然足够准确，不会干扰预期的应用。

　　5 V 的功耗适中，约为 50 mW，并且该电路对电源电压的耐受性极高，可以在 《1 V 至 》 10 V 的范围内运行，前提是输出幅度取决于电源这一事实是可以接受的。