3 Objaśnienie obwodów przetwornicy częstotliwości na napięcie

Jak sama nazwa wskazuje, przetwornice częstotliwości na napięcie to urządzenia, które przekształcają zmienną częstotliwość wejściową w odpowiednio zmieniające się poziomy napięcia wyjściowego.

Tutaj badamy trzy łatwe, ale zaawansowane projekty wykorzystujące IC 4151, IC VFC32 i IC LM2907.

1) Za pomocą IC 4151

Ten obwód przetwornicy częstotliwości wykorzystujący układ IC 4151 charakteryzuje się bardzo liniowym współczynnikiem konwersji. Przy wskazanych wartościach części można oczekiwać, że współczynnik konwersji obwodu wyniesie około 1 V / kHz.

Gdy napięcie DC jest używane na wejściu mającym częstotliwość 0 Hz, wyjście generuje odpowiednie napięcie 0 V. Na współczynnik konwersji na wyjściu nigdy nie wpływa cykl roboczy wejściowej częstotliwości kwadratowej średniej.

Ale jeśli na wejściu przyłożona jest sinusoida, w takiej sytuacji sygnał musi przejść przez wyzwalacz Schmitta przed wprowadzeniem go na wejście IC 4151.

Jeśli interesuje Cię inny współczynnik konwersji, możesz go obliczyć za pomocą następującego wzoru:

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

T1 = 1,1 x R3 x C2

Obwód może być nawet dołączony do wyjścia przetwornicy napięcia na częstotliwość i używany jako sposób przesyłania sygnałów DC przez przedłużone połączenie kablowe bez problemów z tłumieniem sygnału przez rezystancję kabla.

2) Korzystanie z konfiguracji VFC32

Poprzedni post wyjaśniał prosty pojedynczy chip napięcie do obwodu przetwornicy częstotliwości używając układu scalonego VFC32, dowiadujemy się, jak ten sam układ scalony może być użyty do uzyskania odwrotnej częstotliwości do aplikacji obwodu przetwornika napięcia.

Poniższy rysunek przedstawia inną standardową konfigurację VFC32, która umożliwia pracę jako obwód przetwornicy częstotliwości na napięcie.

Stopień wejściowy utworzony przez sieć pojemnościową C3, R6 i R7 sprawia, że ​​wejście komparatora jest kompatybilne ze wszystkimi wyzwalaczami logicznymi 5V, a komparator z kolei przełącza skojarzony stopień jednostrzałowy na każdym zboczu opadającym podawanych impulsów wejściowych częstotliwości.

Schemat obwodu

Wartość progowa wejścia odniesienia ustawiona dla komparatora detektora wynosi około –0,7V. W przypadku, gdy wejścia częstotliwości mogą być niższe niż 5 V, sieć dzielnika potencjału R6 / R7 może być odpowiednio dostosowana do zmiany poziomu odniesienia i umożliwienia prawidłowego wykrywania wejść częstotliwości niskiego poziomu przez wzmacniacz operacyjny.

Jak pokazano w wykres w poprzednim artykule wartość C1 może być wybrana w zależności od pełnego zakresu wyzwalania wejścia częstotliwościowego.

C2 staje się odpowiedzialny za filtrowanie i wygładzanie przebiegu napięcia wyjściowego, większe wartości C2 pomagają uzyskać lepszą kontrolę nad tętnieniami napięcia na generowanym wyjściu, ale odpowiedź jest powolna przy szybko zmieniających się częstotliwościach wejściowych, podczas gdy mniejsze wartości C2 powodują słabą filtrację, ale oferują szybka reakcja i regulacja dzięki szybko zmieniającym się częstotliwościom wejściowym.

Wartość R1 można dostosować w celu uzyskania niestandardowego zakresu napięcia wyjściowego odchylania w pełnej skali w odniesieniu do danego zakresu częstotliwości wejściowej pełnej skali.

Jak działa obwód przetwornika częstotliwości na napięcie

Podstawowa obsługa proponowanego obwodu przetwornicy częstotliwości na napięcie opiera się na teorii ładunku i równowagi. Oblicza się, że częstotliwość sygnału wejściowego jest zgodna z wyrażeniem V) (in) / R1, a wartość ta jest przetwarzana przez odpowiedni wzmacniacz operacyjny IC poprzez całkowanie za pomocą C2. Wynik tej integracji powoduje spadek napięcia wyjściowego całkowania rampy.

W tym czasie wyzwalany jest kolejny stopień jednostrzałowy, łączący prąd odniesienia 1mA z wejściem integratora w trakcie operacji jednostrzałowej.

To z kolei odwraca reakcję rampy wyjściowej i powoduje jej wznoszenie się w górę, to trwa, gdy pojedynczy strzał jest włączony, a gdy tylko jego okres upłynie, rampa ponownie jest zmuszona do zmiany kierunku i powoduje powrót do opadania w dół wzór.

Obliczanie częstotliwości

Powyższy proces odpowiedzi oscylacyjnej umożliwia trwałe zrównoważenie ładunku (prądu średniego) w poprzek prądu sygnału wejściowego i prądu odniesienia, co jest rozwiązywane za pomocą następującego równania:

I (in) = IR (śr.)
V (cal) / R1 = fo tos
(1ma)
Gdzie fo jest częstotliwością na wyjściu t jest okresem jednorazowym = 7500 C1 (Frarads)

Wartości dla R1 i C1 są odpowiednio dobrane, aby uzyskać 25% cykl pracy w pełnym zakresie częstotliwości wyjściowej. W przypadku FSD, które może przekraczać 200 kHz, zalecane wartości generują około 50% cyklu pracy.

Wskazówki dotyczące aplikacji:

Najlepszy możliwy obszar zastosowania dla wyżej wyjaśnionego obwód przetwornicy częstotliwości na napięcie jest tam, gdzie wymaganie wymaga tłumaczenia danych częstotliwości na dane dotyczące napięcia.

Na przykład ten obwód może być używany w tachometry oraz do pomiaru prędkości silników w zakresach napięć.

Ten obwód może być zatem użyty do uproszczenia prędkościomierze dla 2-kołowych, w tym rowerów itp.

Omawiany układ scalony można również wykorzystać do uzyskania prostych, niedrogich, ale dokładnych mierników częstotliwości w domu, wykorzystując woltomierze do odczytu konwersji wyjściowej.

3) Za pomocą IC LM2917

Jest to kolejna doskonała seria układów scalonych, które mogą być używane do wielu różnych zastosowań obwodów. Zasadniczo jest to układ scalony przetwornika częstotliwości na napięcie (tachometr) z wieloma interesującymi funkcjami. Dowiedzmy się więcej.

Główne specyfikacje elektryczne

Główne cechy IC LM2907 i LM2917 są podkreślone w następujący sposób:

• Wejściowy pin tachometru, który jest powiązany z uziemieniem, może być bezpośrednio dostosowany do wszystkich rodzajów czujników magnetycznych o zmiennej oporności.
• Pin wyjściowy jest połączony z wewnętrznie ustawionym wspólnym tranzystorem kolektorowym, który może pobierać do 50 mA. Może to obsługiwać nawet przekaźnik lub cewkę bezpośrednio bez zewnętrznych tranzystorów buforowych, diody LED i lampy mogą być również zintegrowane z wyjściem, w tym i oczywiście mogą być zasilane z wejść CMOS.
• Chip może podwoić niskie częstotliwości tętnienia.
• Wejścia tachometru mają wbudowaną histerezę.
• Wejście tachometru z odniesieniem do masy jest w pełni zabezpieczone przed wahaniami częstotliwości wejściowej przekraczającymi napięcie zasilania układu scalonego lub potencjał ujemny poniżej zera.

Szczegóły pinów różnych dostępnych pakietów IC LM2907 i LM2917 można zobaczyć na poniższych zdjęciach:

Główne obszary zastosowań tego układu scalonego to:

• Wyczuwanie prędkości : Może być używany do wykrywania prędkości obrotowej lub szybkości poruszającego się elementu
• Przetwornice częstotliwości: do przetwarzania częstotliwości na liniowo zmieniającą się różnicę potencjałów
• Czujniki dotykowe oparte na wibracjach

Automobilowy

Chip staje się szczególnie przydatny w branży motoryzacyjnej, jak podano w:

• Prędkościomierze: w pojazdach do pomiaru prędkości
• Mierniki czasu przerwy w punkcie wyłączania: Również zastosowanie przyrządów pomiarowych związanych z silnikiem pojazdu.
• Poręczny obrotomierz: chip może być używany do produkcji ręcznych obrotomierzy.
• Kontrolery prędkości: Urządzenie może być stosowane w urządzeniach do kontroli prędkości lub regulacji prędkości
• Inne ciekawe zastosowania układów scalonych LM2907 / LM2917 to: tempomat, sterowanie zamkiem drzwi samochodowych, sterowanie sprzęgłem, sterowanie klaksonem.

Bezwzględne maksymalne oceny

(czyli wartości, których nie wolno przekraczać, IC są)

1. Napięcie zasilania = 28 V.
2. Prąd zasilania = 25 mA
3. Napięcie kolektora wewnętrznego tranzystora = 28V
4. Napięcie wejściowe tachometru różnicowego = 28 V.
5. Zakres napięcia wejściowego = +/- 28V
6. Straty mocy = 1200 do 1500 mW

Inne parametry elektryczne

Wzmocnienie napięcia = 200 V / mV

Prąd opadania wyjścia = 40 do 50 mA

Uderzające cechy i zalety tego układu scalonego

1. Wyjście nie reaguje na częstotliwości zerowe i wytwarza również zerowe napięcie na wyjściu.
2. Napięcie wyjściowe można łatwo obliczyć za pomocą wzoru: VOUT = fIN × VCC × Rx × Cx
3. Prosta sieć RC decyduje o funkcji podwajania częstotliwości układu scalonego.
4. Wbudowany zacisk Zenera wytwarza regulowaną i stabilizowaną konwersję częstotliwości na napięcie lub prąd (tylko w LM2917s)

Poniżej przedstawiono typowy schemat połączeń układu scalonego LM2907 / LM2917:

Aby uzyskać więcej informacji, możesz odnieść się do tego artykuł