2 Erklärte einfache Spannungs-Frequenz-Wandler-Schaltkreise

Eine Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung wandelt eine proportional variierende Eingangsspannung in eine proportional variierende Ausgangsfrequenz um.

Das erste Design verwendet den IC VFC32, ein fortschrittliches Spannungs-Frequenz-Wandler-Gerät von BURR-BROWN, das speziell entwickelt wurde, um einen extrem proportionalen Frequenzgang auf die eingespeiste Eingangsspannung für eine bestimmte Anwendung der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung zu erzeugen.

Wie das Gerät funktioniert

Wenn sich die Eingangsspannung ändert, folgt die Ausgangsfrequenz dieser und ändert sich proportional mit einem hohen Maß an Genauigkeit.

Der Ausgang des IC hat die Form eines Open-Collector-Transistors, der lediglich einen externen Pull-up-Widerstand benötigt, der mit einer 5-V-Quelle verbunden ist, um den Ausgang mit allen Standard-CMOS-, TTL- und MCU-Geräten kompatibel zu machen.

Es ist zu erwarten, dass der Ausgang dieses ICs sehr rauschunempfindlich und mit hervorragender Linearität ist.

Der vollständige Bereich der Ausgangsumwandlung wird unter Einbeziehung eines externen Widerstands und eines Kondensators bestimmt, die so dimensioniert werden können, dass sie einen angemessen breiten Ansprechbereich erhalten.

Hauptmerkmale von VFC32

Das Gerät VFC32 ist auch mit der Funktion ausgestattet, in umgekehrter Weise zu arbeiten, dh es kann so konfiguriert werden, dass es auch wie ein Frequenz-Spannungs-Wandler mit ähnlicher Genauigkeit und Effizienz arbeitet. Wir werden darüber in unserem nächsten Artikel ausführlich diskutieren.

Der IC kann je nach Anwendungsbedarf in verschiedenen Paketen bezogen werden.

Die erste Abbildung unten zeigt eine Standardkonfiguration der Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung, bei der R1 zum Einstellen des Erfassungsbereichs der Eingangsspannung verwendet wird.

Aktivieren einer Skalenerkennung

Ein 40k-Widerstand kann ausgewählt werden, um eine 0 bis 10V-Skaleneingangserkennung zu erhalten. Andere Bereiche könnten durch einfaches Lösen der folgenden Formel erreicht werden:

R1 = Vfs / 0,25 mA

Vorzugsweise muss R1 ein MFR-Typ sein, um eine verbesserte Stabilität sicherzustellen. Durch Einstellen des Wertes von R1 kann der verfügbare Eingangsspannungsbereich verringert werden.

Um einen einstellbaren Ausgangs-FSD-Bereich zu erreichen, wird C1 eingeführt, dessen Wert für die Zuweisung eines beliebigen gewünschten Ausgangsfrequenzumwandlungsbereichs geeignet ausgewählt werden kann. In der Abbildung wird hier eine Skala von 0 bis 10 kHz für einen Eingangsbereich von 0 bis 10 V angegeben.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Qualität von C1 die Linearität oder Genauigkeit des Ausgangs direkt beeinflussen oder beeinflussen kann. Daher wird die Verwendung eines Kondensators hoher Qualität empfohlen. Ein Tantal wird vielleicht ein guter Kandidat für diese Art von Anwendungsbereich.

Für höhere Bereiche in der Größenordnung von 200 kHz und höher kann ein größerer Kondensator für C1 gewählt werden, während R1 auf 20 k festgelegt werden kann.

Der zugehörige Kondensator C2 hat nicht unbedingt einen Einfluss auf die Funktion von C1, jedoch darf der Wert von C2 einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten. Der in der folgenden Abbildung gezeigte Wert für C2 sollte nicht gesenkt werden, obwohl eine Erhöhung des Werts darüber möglicherweise in Ordnung ist

Frequenzausgang

Die Frequenzbelegung des IC ist intern als Open-Collector-Transistor konfiguriert, was bedeutet, dass die mit diesem Pin verbundene Ausgangsstufe nur eine sinkende Spannungs- / Stromantwort (logisch niedrig) für die vorgeschlagene Spannungs-Frequenz-Umwandlung erfährt.

Um eine alternierende logische Antwort anstelle einer Antwort mit „sinkendem Strom“ (logisch niedrig) von dieser Pinbelegung zu erhalten, müssen wir einen externen Pull-up-Widerstand mit einer 5-V-Versorgung verbinden, wie im zweiten Diagramm oben angegeben.

Dies stellt eine abwechselnd variierende logische High / Low-Reaktion an dieser Pinbelegung für die angeschlossene externe Schaltungsstufe sicher.

Mögliche Anwendungen

Die erläuterte Spannungs-Frequenz-Wandler-Schaltung kann für viele benutzerspezifische Anwendungen verwendet werden und kann für jede relevante Anforderung angepasst werden. Eine solche Anwendung könnte darin bestehen, einen digitalen Leistungsmesser zur Aufzeichnung des Stromverbrauchs für eine bestimmte Last herzustellen.

Die Idee besteht darin, einen Stromerfassungswiderstand in Reihe mit der fraglichen Last zu schalten und dann den Entwicklungsstromaufbau über diesem Widerstand mit der oben erläuterten Spannungs-Frequenz-Wandler-Schaltung zu integrieren.

Da der Stromaufbau über dem Erfassungswiderstand proportional zum Lastverbrauch wäre, würden diese Daten durch die erläuterte Schaltung genau und proportional in Frequenz umgewandelt.

Die Frequenzumwandlung könnte weiter in eine IC 4033-Frequenzzählerschaltung integriert werden, um die digital kalibrierte Anzeige des Lastverbrauchs zu erhalten, und diese könnte für zukünftige Bewertungen gespeichert werden.

Mit freundlicher Genehmigung: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/vfc32.pdf

2) Verwenden von IC 4151

Die nächste Hochleistungs-Frequenz-Spannungswandler-Schaltung besteht aus wenigen Komponenten und einer IC-basierten Schaltschaltung. Mit den im Schaltplan angegebenen Teilewerten wird das Umwandlungsverhältnis mit einer linearen Antwort von ca. 1%. Wenn eine Eingangsspannung von 0 V bis 10 V angelegt wird, wird sie in eine proportionale Größe von 0 bis 10 kHz Rechteckwellenausgangsspannung umgewandelt.

Durch das Potentiometer P1 könnte die Schaltung optimiert werden, um sicherzustellen, dass eine Eingangsspannung von 0 V eine Ausgangsfrequenz von 0 Hz erzeugt. Die Komponenten, die für die Festlegung des Frequenzbereichs verantwortlich sind, sind die Widerstände R2, R3, R5, P1 zusammen mit dem Kondensator C2.

Unter Anwendung der unten gezeigten Formeln kann das Verhältnis von Spannung zu Frequenzumwandlung transformiert werden, damit die Schaltung für mehrere einzigartige Anwendungen sehr gut funktioniert.

Bei der Bestimmung des Produkts von T = 1.1.R3.C2 müssen Sie sicherstellen, dass dieser immer unter der Hälfte der minimalen Ausgangsperiode liegt, was bedeutet, dass der positive Ausgangsimpuls immer minimal sein sollte, solange der negative Impuls.

f0 / Win = [0,486. (R5 + P1) / R2. R3. C2]. [kHz / V]

T = 1,1. R3. C2