Ένα κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε συχνότητα μετατρέπει μια αναλογικά μεταβαλλόμενη τάση εισόδου σε μια αναλογικά μεταβαλλόμενη συχνότητα εξόδου.

Ο πρώτος σχεδιασμός χρησιμοποιεί το IC VFC32 που είναι μια προηγμένη συσκευή μετατροπής τάσης σε συχνότητα από την BURR-BROWN ειδικά σχεδιασμένη για να παράγει μια εξαιρετικά ανάλογη απόκριση συχνότητας στην τροφοδοτούμενη τάση εισόδου για μια δεδομένη εφαρμογή κυκλώματος μετατροπέα τάσης σε συχνότητα.

Πώς λειτουργεί η συσκευή

Εάν η τάση εισόδου ποικίλει, η συχνότητα εξόδου ακολουθεί αυτό και ποικίλλει αναλογικά με μεγάλο βαθμό ακρίβειας.

Η έξοδος του IC έχει τη μορφή ανοιχτού τρανζίστορ συλλέκτη, το οποίο χρειάζεται απλώς μια εξωτερική αντίσταση έλξης συνδεδεμένη με μια πηγή 5V για να κάνει την έξοδο συμβατή με όλες τις τυπικές συσκευές CMOS, TTL και MCU.

Η έξοδος από αυτό το IC θα μπορούσε να αναμένεται να είναι εξαιρετικά ανθεκτική στον θόρυβο και με εξαιρετική γραμμικότητα.

Η μετατροπή εξόδου πλήρους κλίμακας καθορίζεται με τη συμπερίληψη μιας εξωτερικής αντίστασης και πυκνωτή, η οποία μπορεί να έχει διαστάσεις για να αποκτήσει ένα λογικά μεγάλο εύρος απόκρισης.

Κύρια χαρακτηριστικά του VFC32

Η συσκευή VFC32 είναι επίσης εξοπλισμένη με δυνατότητα λειτουργίας με τον αντίθετο τρόπο, δηλαδή μπορεί να διαμορφωθεί έτσι ώστε να λειτουργεί και σαν μετατροπέας συχνότητας σε τάση, με παρόμοια ακρίβεια και απόδοση. Θα το συζητήσουμε λεπτομερώς στο επόμενο άρθρο.

Το IC μπορεί να προμηθευτεί σε διαφορετικά πακέτα, ανάλογα με τις ανάγκες της αίτησής σας.

Το πρώτο σχήμα παρακάτω απεικονίζει μια τυπική διαμόρφωση κυκλώματος μετατροπέα τάσης σε συχνότητα όπου το R1 χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του εύρους ανίχνευσης της τάσης εισόδου.

Ενεργοποίηση ανίχνευσης πλήρους κλίμακας

Μπορεί να επιλεγεί μια αντίσταση 40k για την ανίχνευση εισόδου πλήρους κλίμακας 0 έως 10V, ενώ άλλα εύρη θα μπορούσαν να επιτευχθούν απλώς επιλύοντας τον ακόλουθο τύπο:

R1 = Vfs / 0,25mA

Κατά προτίμηση, το R1 πρέπει να είναι τύπου MFR για διασφάλιση βελτιωμένης σταθερότητας. Ρυθμίζοντας την τιμή του R1 μπορεί να μειωθεί το διαθέσιμο εύρος τάσης εισόδου.

Για την επίτευξη μιας ρυθμιζόμενης εξόδου, το εύρος FSD εισάγεται C1 του οποίου η τιμή μπορεί να επιλεγεί κατάλληλα για την εκχώρηση οποιουδήποτε επιθυμητού εύρους μετατροπής συχνότητας εξόδου, εδώ στο σχήμα επιλέγεται να δώσει κλίμακα 0 έως 10 kHz για εύρος εισόδου 0 έως 10V.

“πώς λειτουργεί το igbt ”

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η ποιότητα του C1 μπορεί άμεσα να επηρεάσει ή να επηρεάσει τη γραμμικότητα ή την ακρίβεια εξόδου, επομένως συνιστάται η χρήση πυκνωτή υψηλής ποιότητας. Ένα ταντάλιο γίνεται ίσως ένας καλός υποψήφιος για αυτόν τον τύπο πεδίου εφαρμογής.

Για υψηλότερα εύρη της τάξης των 200kHz και άνω, μπορεί να επιλεγεί μεγαλύτερος πυκνωτής για το C1, ενώ το R1 μπορεί να είναι σταθερό στα 20k.

Ο συσχετισμένος πυκνωτής C2 δεν παράγει απαραίτητα αντίκτυπο στη λειτουργία του C1, ωστόσο η τιμή του C2 δεν πρέπει να υπερβαίνει ένα δεδομένο όριο. Η τιμή για το C2 όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, δεν πρέπει να μειωθεί, αν και η αύξηση της τιμής πάνω από αυτό μπορεί να είναι ΟΚ

Έξοδος συχνότητας

Το pinout συχνότητας του IC διαμορφώνεται εσωτερικά ως ανοιχτό τρανζίστορ συλλέκτη, πράγμα που σημαίνει ότι το στάδιο εξόδου που συνδέεται με αυτόν τον πείρο θα αντιμετωπίσει μόνο μια απόκριση τάσης / ρεύματος βύθισης (λογική χαμηλή) για την προτεινόμενη μετατροπή τάσης σε συχνότητα.

Προκειμένου να λάβουμε μια εναλλακτική λογική απόκριση αντί μόνο μιας απάντησης 'ρεύματος βύθισης' (χαμηλή λογική) από αυτό το pinout, πρέπει να συνδέσουμε μια εξωτερική αντίσταση έλξης με τροφοδοσία 5V όπως υποδεικνύεται στο δεύτερο διάγραμμα παραπάνω.

Αυτό εξασφαλίζει μια εναλλακτικά λογική υψηλή / χαμηλή απόκριση σε αυτό το pinout για το στάδιο του συνδεδεμένου εξωτερικού κυκλώματος.

Πιθανές εφαρμογές

Το κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε συχνότητα που εξηγείται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλές συγκεκριμένες εφαρμογές του χρήστη και θα μπορούσε να προσαρμοστεί για οποιαδήποτε σχετική απαίτηση. Μία τέτοια εφαρμογή θα μπορούσε να είναι η κατασκευή ενός ψηφιακού μετρητή ισχύος για την καταγραφή της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας για ένα δεδομένο φορτίο.

Η ιδέα είναι να συνδέσετε μια τρέχουσα αντίσταση ανίχνευσης σε σειρά με το εν λόγω φορτίο και, στη συνέχεια, να ενσωματώσετε τη συσσώρευση ρεύματος που αναπτύσσεται σε αυτήν την αντίσταση με το παραπάνω εξηγημένο κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε συχνότητα.

Δεδομένου ότι το ρεύμα που δημιουργείται σε όλη την αντίσταση ανίχνευσης θα είναι ανάλογο με την κατανάλωση φορτίου, αυτά τα δεδομένα θα μετατραπούν με ακρίβεια και αναλογία σε συχνότητα από το εξηγημένο κύκλωμα.

Η μετατροπή συχνότητας θα μπορούσε να ενσωματωθεί περαιτέρω με ένα κύκλωμα μετρητή συχνότητας IC 4033 για τη λήψη της ψηφιακής βαθμονομημένης ανάγνωσης της κατανάλωσης φορτίου και αυτό θα μπορούσε να αποθηκευτεί για μελλοντική αξιολόγηση.

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

2) Χρήση IC 4151

Το επόμενο κύκλωμα μετατροπής συχνότητας υψηλής τάσης σε τάση είναι κατασκευασμένο γύρω από μερικά εξαρτήματα και ένα κύκλωμα μεταγωγής βασισμένο σε IC. Με τις τιμές των τμημάτων που αναφέρονται στο σχηματικό, η αναλογία μετατροπής επιτυγχάνεται με γραμμική απόκριση περίπου. 1%. Όταν εφαρμόζεται τάση εισόδου από 0 V-10 V, μετατρέπεται σε αναλογικό μέγεθος 0 έως 10 kHz τάση εξόδου τετραγωνικού κύματος.

Μέσω του ποτενσιόμετρου P1, το κύκλωμα θα μπορούσε να τροποποιηθεί για να διασφαλιστεί ότι η τάση εισόδου 0 V παράγει συχνότητα εξόδου 0 Hz. Τα εξαρτήματα που είναι υπεύθυνα για τον καθορισμό του εύρους συχνοτήτων είναι οι αντιστάσεις R2, R3, R5, P1 μαζί με τον πυκνωτή C2.

Εφαρμόζοντας τους τύπους που παρουσιάζονται παρακάτω, η αναλογία μετατροπής τάσης προς συχνότητας μπορεί να μετατραπεί έτσι ώστε το κύκλωμα να λειτουργεί εξαιρετικά καλά για πολλές μοναδικές εφαρμογές.

Κατά τον προσδιορισμό του προϊόντος του T = 1.1.R3.C2 πρέπει να βεβαιωθείτε ότι αυτό είναι πάντα κάτω από το μισό της ελάχιστης περιόδου εξόδου, πράγμα που σημαίνει ότι ο θετικός παλμός εξόδου πρέπει πάντοτε να είναι ελάχιστος όσο ο αρνητικός παλμός.