3 Spiegazione dei circuiti del convertitore da frequenza a tensione

Come suggerisce il nome, i convertitori da frequenza a tensione sono dispositivi che convertono un ingresso di frequenza variabile in livelli di tensione di uscita corrispondenti.

Qui studiamo tre progetti semplici ma avanzati utilizzando IC 4151, IC VFC32 e IC LM2907.

1) Utilizzando IC 4151

Questo circuito convertitore di tensione di frequenza che utilizza IC 4151 è caratterizzato dal suo rapporto di conversione altamente lineare. Con i valori di parte indicati, il rapporto di conversione del circuito può essere previsto intorno a 1 V / kHz.

Quando si utilizza una tensione CC all'ingresso con frequenza di 0 Hz, l'uscita genera una tensione corrispondente di 0 V. Il rapporto di conversione in uscita non è mai influenzato dal duty cycle della frequenza quadrata di ingresso.

Ma, se una frequenza d'onda sinusoidale viene applicata all'ingresso, in quella situazione il segnale deve essere fatto passare attraverso un trigger di Schmitt prima di introdurlo all'ingresso dell'IC 4151.

Se sei interessato ad avere un diverso rapporto di conversione puoi calcolarlo utilizzando la seguente formula:

V (uscita) / f (entrata) = R3 x R7 x C2 / 0,486 (R4 + P1) x [V / Hz]

T1 = 1,1 x R3 x C2

Il circuito può anche essere accoppiato all'uscita di un convertitore da tensione a frequenza e utilizzato come mezzo per inviare segnali CC attraverso la connessione del cavo estesa senza che i problemi di resistenza del cavo attenuino il segnale.

2) Utilizzo della configurazione VFC32

Il post precedente ha spiegato un semplice chip singolo tensione al circuito del convertitore di frequenza utilizzando l'IC VFC32, qui apprendiamo come lo stesso IC potrebbe essere utilizzato per ottenere un'applicazione di circuito convertitore da frequenza opposta a tensione.

La figura seguente mostra un'altra configurazione VFC32 standard che gli consente di funzionare come un circuito convertitore da frequenza a tensione.

Lo stadio di ingresso formato dalla rete capacitiva di C3, R6 e R7 rende l'ingresso del comparatore compatibile con tutti i trigger logici a 5V. Il comparatore a sua volta commuta lo stadio one-shot associato su ogni fronte di discesa degli impulsi di ingresso in frequenza alimentati.

Schema elettrico

L'ingresso di riferimento della soglia impostato per il comparatore del rivelatore è di circa –0,7V. Nel caso in cui gli ingressi di frequenza possano essere inferiori a 5V, la rete di divisori potenziali R6 / R7 può essere opportunamente regolata per modificare il livello di riferimento e per consentire il rilevamento appropriato degli ingressi di frequenza di basso livello da parte dell'amplificatore operazionale.

Come mostrato in grafico nell'articolo precedente , il valore C1 può essere selezionato a seconda dell'intervallo di fondo scala dei trigger di ingresso di frequenza.

C2 diventa responsabile del filtraggio e del livellamento della forma d'onda della tensione di uscita, valori maggiori di C2 aiutano a ottenere un migliore controllo sulle ondulazioni di tensione attraverso l'uscita generata, ma la risposta è lenta alle frequenze di ingresso che variano rapidamente, mentre valori più piccoli di C2 causano un filtraggio scadente ma offrono risposta rapida e regolazione con le frequenze di ingresso che cambiano rapidamente.

Il valore R1 potrebbe essere ottimizzato per ottenere un intervallo di tensione di uscita di deflessione a fondo scala personalizzato con riferimento a un determinato intervallo di frequenza di ingresso a fondo scala.

Come funziona il circuito del convertitore da frequenza a tensione

Il funzionamento di base del circuito convertitore da frequenza a tensione proposto si basa su una teoria di carica e bilanciamento. La frequenza del segnale di ingresso è calcolata in modo da essere conforme all'espressione V) (in) / R1, e questo valore viene elaborato dal relativo opamp IC mediante integrazione con l'ausilio di C2. Il risultato di questa integrazione dà origine a una tensione di uscita dell'integrazione della rampa in calo.

Mentre si verifica quanto sopra, viene attivato il successivo stadio one-shot, collegando la corrente di riferimento di 1mA con l'ingresso dell'integratore nel corso dell'operazione one-shot.

Questo a sua volta capovolge la risposta della rampa di uscita e la fa salire verso l'alto, questo continua mentre il one-shot è ON e non appena il suo periodo è trascorso la rampa ancora una volta è costretta a cambiare direzione e fa tornare alla caduta verso il basso modello.

Calcolo della frequenza

Il processo di risposta oscillante di cui sopra consente un bilanciamento costante della carica (corrente media) tra la corrente del segnale di ingresso e la corrente di riferimento, che viene risolta con la seguente equazione:

I (pollici) = IR (ave)
V (pollici) / R1 = fo tos
(1ma)
Dove fo è la frequenza in uscita è il periodo one-shot = 7500 C1 (Frarads)

I valori per R1 e C1 sono selezionati in modo appropriato in modo da ottenere un duty cycle del 25% sulla gamma di frequenza di uscita a fondo scala. Per FSD che può essere superiore a 200kHz, i valori consigliati genererebbero un ciclo di lavoro del 50% circa.

Suggerimenti per l'applicazione:

La migliore area di applicazione possibile per quanto sopra spiegato circuito convertitore da frequenza a tensione è dove il requisito richiede una traduzione di dati di frequenza in dati di tensione.

Ad esempio, questo circuito può essere utilizzato in tachimetri e per misurare le velocità dei motori negli intervalli di tensione.

Questo circuito può quindi essere utilizzato per rendere semplice tachimetri per 2 ruote comprese biciclette ecc.

L'IC discusso può essere utilizzato anche per ottenere misuratori di frequenza semplici, economici ma precisi a casa, utilizzando voltmetri per leggere la conversione dell'uscita.

3) Utilizzando IC LM2917

Questa è un'altra eccellente serie di circuiti integrati che può essere utilizzata per una moltitudine di diverse applicazioni di circuiti. Fondamentalmente è un IC convertitore da frequenza a tensione (tachimetro) con molte caratteristiche interessanti. Impariamo di più.

Specifiche elettriche principali

Le caratteristiche principali dell'IC LM2907 e LM2917 sono sottolineate come segue:

• Il pin del tachimetro di ingresso che è riferito a massa può essere reso direttamente compatibile con tutti i tipi di pickup magnetici a riluttanza variabile.
• Il pin di uscita è collegato a un transistor collettore comune impostato internamente che è in grado di assorbire fino a 50 mA. Questo può azionare anche un relè o un solenoide direttamente senza transistor buffer esterni, LED e lampade possono anche essere integrati con l'uscita inclusa e, naturalmente, possono essere forniti agli ingressi CMOS.
• Il chip può raddoppiare le basse frequenze di ondulazione.
• Gli ingressi del tachimetro hanno isteresi incorporata.
• L'ingresso del tachimetro con riferimento a terra è completamente protetto contro le oscillazioni della frequenza di ingresso che superano la tensione di alimentazione del circuito integrato o il potenziale negativo inferiore allo zero.

I dettagli delle piedinature dei vari pacchetti disponibili dell'IC LM2907 e LM2917 possono essere visti nelle immagini seguenti:

Le principali aree di applicazione di questo IC sono:

• Rilevamento della velocità : Può essere utilizzato per rilevare una velocità di rotazione o la velocità di un elemento in movimento
• Convertitori di frequenza: per convertire la frequenza in una differenza di potenziale variabile in modo lineare
• Sensori tattili basati sulle vibrazioni

Settore automobilistico

Il chip diventa particolarmente utile nel campo automobilistico, come indicato di seguito:

• Tachimetri: nei veicoli per misurare la velocità
• Misuratori di sosta del punto di rottura: anche un'applicazione di strumenti di misura relativa al motore di veicoli.
• Tachimetro pratico: il chip può essere utilizzato per realizzare tachimetri portatili.
• Controllori di velocità: il dispositivo può essere applicato in strumenti di controllo della velocità o di regolazione della velocità
• Altre interessanti applicazioni di LM2907 / LM2917 IC includono: cruise control, controllo serratura portiera automobilistica, controllo frizione, controllo clacson.

Valutazioni massime assolute

(significa che le valutazioni che non devono essere superate, dell'IC sono)

1. Tensione di alimentazione = 28V
2. Corrente di alimentazione = 25mA
3. Tensione collettore transistor interno = 28V
4. Tensione d'ingresso tachimetro differenziale = 28V
5. Intervallo di tensione in ingresso = +/- 28 V.
6. Dissipazione di potenza = da 1200 a 1500 mW

Altri parametri elettrici

Guadagno di tensione = 200 V / mV

Corrente sink in uscita = da 40 a 50 mA

Caratteristiche e vantaggi sorprendenti di questo circuito integrato

1. L'uscita non risponde a frequenze zero e produce anche tensione zero all'uscita.
2. Il volatge in uscita può essere calcolato semplicemente utilizzando la formula: VOUT = fIN × VCC × Rx × Cx
3. Una semplice rete RC decide la funzione di raddoppio della frequenza dell'IC.
4. Un morsetto zener su chip produce una conversione da frequenza a tensione o corrente regolata e stabilizzata (solo negli LM2917)

Di seguito è mostrato un tipico schema di collegamento dell'IC LM2907 / LM2917:

Per maggiori informazioni, puoi fare riferimento a questo articolo