3 Επεξήγηση κυκλωμάτων μετατροπής συχνότητας προς τάση

Όπως υποδηλώνει το όνομα, οι μετατροπείς συχνότητας σε τάση είναι συσκευές που μετατρέπουν μια είσοδο ποικίλης συχνότητας σε αντίστοιχα μεταβαλλόμενα επίπεδα τάσης εξόδου.

Εδώ μελετάμε τρία εύκολα αλλά προηγμένα σχέδια που χρησιμοποιούν IC 4151, IC VFC32 και IC LM2907.

1) Χρήση του IC 4151

Αυτό το κύκλωμα μετατροπέα τάσης συχνότητας που χρησιμοποιεί IC 4151 χαρακτηρίζεται από τον εξαιρετικά γραμμικό λόγο μετατροπής. Με τις υποδεικνυόμενες τιμές εξαρτήματος, η αναλογία μετατροπής του κυκλώματος αναμένεται να είναι περίπου 1 V / kHz.

Όταν χρησιμοποιείται τάση DC στην είσοδο που έχει συχνότητα 0 Hz, η έξοδος παράγει αντίστοιχη τάση 0 V. Η αναλογία μετατροπής στην έξοδο δεν επηρεάζεται ποτέ από τον κύκλο λειτουργίας της συχνότητας τετραγωνικής εισόδου εισόδου.

Όμως, εάν εφαρμοστεί συχνότητα ημιτονοειδούς κύματος στην είσοδο, σε αυτήν την περίπτωση το σήμα πρέπει να περάσει μέσω μιας σκανδάλης Schmitt πριν την εισαγάγει στην είσοδο IC 4151.

Εάν σας ενδιαφέρει να έχετε διαφορετική αναλογία μετατροπής, μπορείτε να τον υπολογίσετε χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

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

T1 = 1,1 x R3 x C2

Το κύκλωμα μπορεί ακόμη και να συνδεθεί με την έξοδο ενός μετατροπέα τάσης σε συχνότητα και να χρησιμοποιηθεί ως τρόπος αποστολής σημάτων DC σε εκτεταμένη σύνδεση καλωδίου χωρίς τα ζητήματα της αντίστασης του καλωδίου να εξασθενήσει το σήμα.

2) Χρήση της διαμόρφωσης VFC32

Η προηγούμενη ανάρτηση εξήγησε ένα απλό τσιπ κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε συχνότητα χρησιμοποιώντας το IC VFC32, εδώ μαθαίνουμε πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί το ίδιο IC για την επίτευξη μιας εφαρμογής κυκλώματος μετατροπέα αντίθετης συχνότητας σε τάση.

Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει μια άλλη τυπική διαμόρφωση VFC32 που της επιτρέπει να λειτουργεί ως κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας σε τάση.

Το στάδιο εισόδου που σχηματίζεται από το χωρητικό δίκτυο των C3, R6 και R7 καθιστά την είσοδο του συγκριτή συμβατή με όλα τα σκανδάλη λογικής 5V. Ο συγκριτής με τη σειρά του εναλλάσσει το σχετικό στάδιο μιας βολής σε κάθε πτώση του άκρου των παλμών εισόδου συχνότητας τροφοδοσίας.

Διάγραμμα κυκλώματος

Το σετ εισαγωγής αναφοράς κατωφλίου για το συγκριτικό ανιχνευτή είναι περίπου -0,7V. Σε περίπτωση που οι εισόδους συχνότητας μπορεί να είναι χαμηλότερες από 5V, το δυνητικό δίκτυο διαχωριστή R6 / R7 μπορεί να ρυθμιστεί κατάλληλα για αλλαγή του επιπέδου αναφοράς και για την κατάλληλη ανίχνευση των εισόδων συχνότητας χαμηλού επιπέδου από το opamp.

Όπως φαίνεται στο γράφημα στο προηγούμενο άρθρο , η τιμή C1 μπορεί να επιλεγεί ανάλογα με το πλήρες εύρος κλίμακας των ενεργοποιητών εισόδου συχνότητας.

Το C2 καθίσταται υπεύθυνο για το φιλτράρισμα και την εξομάλυνση της κυματομορφής τάσης εξόδου, οι μεγαλύτερες τιμές του C2 συμβάλλουν στον καλύτερο έλεγχο των κυματισμών τάσης σε όλη την παραγόμενη έξοδο, αλλά η απόκριση είναι αργή σε ταχέως μεταβαλλόμενες συχνότητες εισόδου, ενώ οι μικρότερες τιμές του C2 προκαλούν κακή διήθηση αλλά προσφέρουν γρήγορη απόκριση και ρύθμιση με τις ταχέως μεταβαλλόμενες συχνότητες εισόδου.

Η τιμή R1 θα μπορούσε να τροποποιηθεί για την επίτευξη ενός προσαρμοσμένου εύρους τάσης εξόδου απόκλισης πλήρους κλίμακας με αναφορά σε ένα δεδομένο εύρος συχνοτήτων εισόδου πλήρους κλίμακας.

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας σε τάση

Η βασική λειτουργία του προτεινόμενου κυκλώματος μετατροπέα συχνότητας σε τάση βασίζεται σε μια θεωρία φόρτισης και ισορροπίας. Η συχνότητα σήματος εισόδου υπολογίζεται ότι συμμορφώνεται με την έκφραση V) (in) / R1 και αυτή η τιμή υποβάλλεται σε επεξεργασία από το σχετικό IC opamp μέσω ολοκλήρωσης με τη βοήθεια του C2. Το αποτέλεσμα αυτής της ολοκλήρωσης δημιουργεί πτώση τάσης εξόδου ολοκλήρωσης ράμπας.

Ενώ συμβαίνουν τα παραπάνω, ενεργοποιείται το επόμενο στάδιο μιας βολής, συνδέοντας το ρεύμα αναφοράς 1mA με την είσοδο ενσωματωτή κατά τη διάρκεια της λειτουργίας μιας βολής.

Αυτό με τη σειρά του αναστρέφει την απόκριση ράμπας εξόδου και την αναγκάζει να ανέβει προς τα πάνω, αυτό συνεχίζεται ενώ το one-shot είναι ΕΝΕΡΓΟ, και μόλις παρέλθει η περίοδος του, η ράμπα αναγκάζεται και πάλι να αλλάξει την κατεύθυνση της και προκαλεί την επιστροφή στην πτώση προς τα κάτω πρότυπο.

Υπολογισμός της συχνότητας

Η παραπάνω διαδικασία ταλαντωμένης απόκρισης επιτρέπει ένα σταθερό ισοζύγιο φόρτισης (μέσο ρεύμα) σε όλο το ρεύμα σήματος εισόδου και το ρεύμα αναφοράς, το οποίο επιλύεται με την ακόλουθη εξίσωση:

I (σε) = IR (ave)
V (in) / R1 = για τα
(1ma)
Όπου είναι η συχνότητα στην έξοδο είναι η περίοδος μιας βολής = 7500 C1 (Frarads)

Οι τιμές για τα R1 και C1 επιλέγονται καταλλήλως έτσι ώστε να προκύπτει κύκλος λειτουργίας 25% σε εύρος συχνοτήτων εξόδου πλήρους κλίμακας. Για FSD που μπορεί να είναι πάνω από 200kHz, οι προτεινόμενες τιμές θα δημιουργούσαν περίπου 50% κύκλο λειτουργίας.

Συμβουλές εφαρμογής:

Η καλύτερη δυνατή περιοχή εφαρμογής για τα παραπάνω εξηγείται κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας σε τάση είναι όπου η απαίτηση απαιτεί μετάφραση δεδομένων συχνότητας σε δεδομένα τάσης.

Για παράδειγμα, αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ταχύμετρο , και για τη μέτρηση των ταχυτήτων των κινητήρων σε περιοχές τάσης.

Αυτό το κύκλωμα μπορεί έτσι να χρησιμοποιηθεί για απλοποίηση ταχύμετρα για 2 τροχούς, συμπεριλαμβανομένων ποδηλάτων κ.λπ.

Το συζητούμενο IC μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη απλών, φθηνών αλλά ακριβών μετρητών συχνότητας στο σπίτι, χρησιμοποιώντας βολτόμετρα για την ανάγνωση της μετατροπής εξόδου.

3) Χρήση IC LM2917

Αυτή είναι μια άλλη εξαιρετική σειρά IC που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα πλήθος διαφορετικών εφαρμογών κυκλώματος. Βασικά είναι ένας μετατροπέας συχνότητας σε τάση (ταχύμετρο) IC με πολλά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά. Ας μάθουμε περισσότερα.

Κύριες ηλεκτρικές προδιαγραφές

Τα κύρια χαρακτηριστικά της διαφήμισης IC LM2907 LM2917 υπογραμμίζονται ως εξής:

• Ο πείρος του ταχομέτρου εισόδου που αναφέρεται στο έδαφος μπορεί να γίνει άμεσα συμβατός με όλα τα είδη μαγνητικών παραλαβών που έχουν διαφορετική απροθυμία.
• Ο ακροδέκτης εξόδου συνδέεται με ένα κοινό σετ τρανζίστορ συλλογής εσωτερικού, το οποίο μπορεί να βυθιστεί έως τα 50mA. Αυτό μπορεί να λειτουργήσει ακόμη και ένα ρελέ ή μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα χωρίς εξωτερικά τρανζίστορ buffer, οι λυχνίες LED και οι λαμπτήρες μπορούν επίσης να ενσωματωθούν στην έξοδο συμπεριλαμβανομένης και φυσικά μπορούν να προέρχονται από εισόδους CMOS.
• Το τσιπ μπορεί να διπλασιάσει τις χαμηλές συχνότητες κυματισμού.
• Οι εισόδους του στροφόμετρου έχουν ενσωματωμένη υστέρηση.
• Η είσοδος στροφόμετρου που αναφέρεται στο έδαφος προστατεύεται πλήρως από μεταβολές συχνότητας εισόδου που υπερβαίνουν την τάση τροφοδοσίας του IC ή αρνητικό δυναμικό κάτω από το μηδέν.

Οι λεπτομέρειες των pinouts για τα διάφορα διαθέσιμα πακέτα των IC LM2907 και LM2917 μπορείτε να δείτε στις παρακάτω εικόνες:

Οι κύριοι τομείς εφαρμογής αυτού του IC είναι:

• Ανίχνευση ταχύτητας : Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση μιας περιστροφικής ταχύτητας ή του ρυθμού ενός κινούμενου στοιχείου
• Μετατροπείς συχνότητας: Για μετατροπή της συχνότητας σε γραμμικά μεταβαλλόμενη διαφορά δυναμικού
• Αισθητήρες διακόπτη αφής με δόνηση

Αυτοκίνητο

Το τσιπ γίνεται ιδιαίτερα χρήσιμο στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, όπως αναφέρεται παρακάτω:

• Ταχύμετρα: Σε οχήματα για μέτρηση ταχύτητας
• Breaker Point Dwell Meters: Επίσης, μια εφαρμογή οργάνων μέτρησης που σχετίζεται με τον κινητήρα του οχήματος.
• Handy Tachometer: Το τσιπ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή φορητών ταχομέτρων.
• Ελεγκτές ταχύτητας: Η συσκευή μπορεί να εφαρμοστεί σε όργανα ελέγχου ταχύτητας ή ταχύτητας
• Άλλες ενδιαφέρουσες εφαρμογές του LM2907 / LM2917 IC περιλαμβάνουν: κρουζ κοντρόλ, σύστημα κλειδώματος πόρτας αυτοκινήτου, χειριστήριο συμπλέκτη, χειριστήριο κόρνας.

Απόλυτες μέγιστες βαθμολογίες

(δηλαδή οι βαθμολογίες που δεν πρέπει να ξεπερνούν, του IC είναι)

1. Τάση τροφοδοσίας = 28V
2. Ρεύμα τροφοδοσίας = 25mA
3. Τάση συλλέκτη εσωτερικού τρανζίστορ = 28V
4. Διαφορική τάση εισόδου ταχυμέτρου = 28V
5. Εύρος τάσης εισόδου = +/- 28V
6. Απόδοση ισχύος = 1200 έως 1500 mW

Άλλες ηλεκτρικές παράμετροι

Αύξηση τάσης = 200V / mV

Ρεύμα νεροχύτη εξόδου = 40 έως 50mA

Εντυπωσιακά χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα αυτού του IC

1. Η έξοδος δεν αποκρίνεται σε μηδενικές συχνότητες και παράγει επίσης μηδενική τάση στην έξοδο.
2. Η τάση εξόδου μπορεί απλώς να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο: VOUT = fIN × VCC × Rx × Cx
3. Ένα απλό δίκτυο RC αποφασίζει τη δυνατότητα διπλασιασμού συχνότητας του IC.
4. Ένας σφιγκτήρας zener on-chip παράγει μια ρυθμιζόμενη και σταθεροποιημένη συχνότητα σε μετατροπή τάσης ή ρεύματος (μόνο σε LM2917s)

Ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης του IC LM2907 / LM2917 φαίνεται παρακάτω:

Για περισσότερες πληροφορίες, μπορείτε να ανατρέξετε σε αυτό άρθρο