2 Spiegazione dei semplici circuiti del convertitore da tensione a frequenza

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Un circuito convertitore da tensione a frequenza converte una tensione di ingresso che varia proporzionalmente in una frequenza di uscita che varia proporzionalmente.

Il primo progetto utilizza l'IC VFC32, un dispositivo convertitore da tensione a frequenza avanzato di BURR-BROWN progettato specificamente per produrre una risposta in frequenza estremamente proporzionale alla tensione di ingresso alimentata per una determinata tensione all'applicazione del circuito del convertitore di frequenza.



Come funziona il dispositivo

Se la tensione di ingresso varia, la frequenza di uscita segue questa e varia proporzionalmente con un grande grado di precisione.

L'uscita dell'IC è sotto forma di un transistor a collettore aperto, che necessita semplicemente di un resistore di pull up esterno collegato a una sorgente da 5 V per rendere l'uscita compatibile con tutti i dispositivi CMOS, TTL e MCU standard.



Ci si può aspettare che l'output di questo IC sia altamente immune al rumore e con una linearità superba.

Il fondo scala di conversione dell'uscita è determinato con l'inclusione di un resistore e di un condensatore esterni, che possono essere dimensionati per acquisire un intervallo di risposta ragionevolmente ampio.

Caratteristiche principali di VFC32

Il dispositivo VFC32 è inoltre dotato della caratteristica di lavorare in modo opposto, ovvero può essere configurato per funzionare anche come un convertitore frequenza-tensione, con analoga precisione ed efficienza. Ne discuteremo in dettaglio nel nostro prossimo articolo.

L'IC può essere acquistato in diversi pacchetti a seconda delle esigenze dell'applicazione.

La prima figura di seguito mostra una configurazione del circuito da tensione standard a convertitore di frequenza in cui R1 viene utilizzato per impostare il campo di rilevamento della tensione di ingresso.

Abilitazione di un rilevamento a fondo scala

È possibile selezionare un resistore da 40 k per ottenere un rilevamento dell'ingresso di fondo scala da 0 a 10 V, altri intervalli potrebbero essere ottenuti semplicemente risolvendo la seguente formula:

R1 = Vfs / 0,25 mA

Preferibilmente R1 deve essere un tipo MFR per garantire una migliore stabilità. Regolando il valore di R1 è possibile ridurre il range di tensione di ingresso disponibile.

Per ottenere un'uscita regolabile, viene introdotto il campo FSD C1 il cui valore può essere opportunamente selezionato per assegnare qualsiasi intervallo di conversione della frequenza di uscita desiderato, qui nella figura è selezionato per fornire una scala da 0 a 10 kHz per un intervallo di ingresso da 0 a 10V.

Tuttavia, va notato che la qualità di C1 può influenzare o influenzare direttamente la linearità o l'accuratezza dell'uscita, pertanto si consiglia l'uso di un condensatore di alta qualità. Un tantalio forse diventa un buon candidato per questo tipo di campo di applicazione.

Per intervalli più alti nell'ordine di 200kHz e oltre, è possibile optare per un condensatore più grande per C1, mentre R1 può essere fissato a 20k.

Il condensatore associato C2 non produce necessariamente un impatto sul funzionamento di C1, tuttavia il valore di C2 non deve superare un dato limite. Il valore per C2, come mostrato nella figura sotto, non dovrebbe essere abbassato, sebbene aumentare il suo valore al di sopra di questo potrebbe essere OK

Uscita in frequenza

La piedinatura della frequenza dell'IC è configurata internamente come un transistor a collettore aperto, il che significa che lo stadio di uscita collegato a questo pin sperimenterà solo una risposta di tensione / corrente (bassa logica) per la conversione proposta da tensione a frequenza.

Per ottenere una risposta logica alternata anziché solo una risposta di 'corrente di caduta' (logica bassa) da questo pinout, è necessario collegare un resistore di pull up esterno con un'alimentazione a 5V come indicato nel secondo diagramma sopra.

Ciò garantisce una risposta logica alto / basso variabile in modo alternato a questo pinout per lo stadio del circuito esterno collegato.

Possibili applicazioni

Il circuito del convertitore da tensione a frequenza spiegato può essere utilizzato per molte applicazioni specifiche dell'utente e può essere personalizzato per qualsiasi requisito pertinente. Una di queste applicazioni potrebbe essere la realizzazione di un misuratore di potenza digitale per registrare il consumo di elettricità per un dato carico.

L'idea è di collegare un resistore di rilevamento della corrente in serie con il carico in questione e quindi integrare l'accumulo di corrente in via di sviluppo attraverso questo resistore con la tensione sopra spiegata al circuito del convertitore di frequenza.

Poiché la corrente accumulata attraverso il resistore di rilevamento sarebbe proporzionale al consumo di carico, questi dati sarebbero convertiti accuratamente e proporzionalmente in frequenza dal circuito spiegato.

La conversione di frequenza potrebbe essere ulteriormente integrata con un circuito contatore di frequenza IC 4033 per ottenere la lettura calibrata digitale del consumo di carico, e questo potrebbe essere memorizzato per valutazioni future.

Cortesia: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/vfc32.pdf

2) Utilizzando IC 4151

Il prossimo circuito convertitore frequenza-tensione ad alte prestazioni è costruito attorno ad alcuni componenti e un circuito di commutazione basato su IC. Con i valori dei pezzi indicati nello schema, il rapporto di conversione si ottiene con una risposta lineare di ca. 1%. Quando viene applicata una tensione di ingresso da 0 V a 10 V, viene convertita in una grandezza proporzionale da 0 a 10 kHz di tensione di uscita a onda quadra.

Tramite il potenziometro P1, il circuito può essere ottimizzato per garantire che una tensione di ingresso di 0 V generi una frequenza di uscita di 0 Hz. I componenti responsabili del fissaggio dell'intervallo di frequenza sono i resistori R2, R3, R5, P1 insieme al condensatore C2.

Applicando le formule dimostrate di seguito, il rapporto tra tensione e conversione di frequenza può essere trasformato in modo che il circuito funzioni estremamente bene per diverse applicazioni uniche.

Durante la determinazione del prodotto di T = 1.1.R3.C2, è necessario assicurarsi che questo sia sempre inferiore alla metà del periodo di uscita minimo, il che significa che l'impulso di uscita positivo dovrebbe invariabilmente essere minimo quanto l'impulso negativo.

f0 / Win = [0.486. (R5 + P1) / R2. R3. C2]. [kHz / V]

T = 1,1. R3. C2




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