Схема преобразователя напряжения в частоту преобразует пропорционально изменяющееся входное напряжение в пропорционально изменяющуюся выходную частоту.

В первой конструкции используется микросхема IC VFC32, которая представляет собой усовершенствованное устройство преобразования напряжения в частоту от BURR-BROWN, специально разработанное для получения чрезвычайно пропорциональной частотной характеристики подаваемому входному напряжению для заданного применения схемы преобразователя напряжения в частоту.

Как работает устройство

Если входное напряжение изменяется, выходная частота следует за этим и изменяется пропорционально с большой степенью точности.

Выход микросхемы представляет собой транзистор с открытым коллектором, которому просто нужен внешний подтягивающий резистор, подключенный к источнику 5 В, чтобы выход был совместим со всеми стандартными устройствами CMOS, TTL и MCU.

Можно ожидать, что выходной сигнал этой ИС будет устойчивым к шумам и с превосходной линейностью.

Полный диапазон преобразования выходного сигнала определяется включением внешнего резистора и конденсатора, размеры которых могут быть выбраны для получения достаточно широкого диапазона отклика.

Основные характеристики VFC32

Устройство VFC32 также оснащено функцией обратной работы, то есть его можно настроить для работы как преобразователь частоты в напряжение с аналогичной точностью и эффективностью. Об этом мы подробно поговорим в следующей статье.

ИС может поставляться в различных упаковках в зависимости от требований вашего приложения.

На первом рисунке ниже показана стандартная конфигурация схемы преобразователя напряжения в частоту, где R1 используется для настройки диапазона обнаружения входного напряжения.

Включение полномасштабного обнаружения

Резистор 40 кОм может быть выбран для получения полного диапазона входного обнаружения от 0 до 10 В, другие диапазоны могут быть достигнуты простым решением следующей формулы:

“Схема инвертора от 12 до 120 в переменного тока ”

R1 = Vfs / 0,25 мА

Предпочтительно R1 должен быть типа MFR для обеспечения улучшенной стабильности. Регулируя значение R1, можно уменьшить доступный диапазон входного напряжения.

Для достижения регулируемого выходного диапазона FSD вводится диапазон C1, значение которого может быть соответствующим образом выбрано для назначения любого желаемого диапазона преобразования выходной частоты; здесь, на рисунке, он выбран так, чтобы дать шкалу от 0 до 10 кГц для диапазона входного напряжения от 0 до 10 В.

Однако следует отметить, что качество C1 может напрямую влиять на линейность или точность выходного сигнала, поэтому рекомендуется использовать конденсатор высокого качества. Тантал, возможно, станет хорошим кандидатом для этого типа области применения.

Для более высоких диапазонов порядка 200 кГц и выше можно выбрать конденсатор большего размера для C1, а R1 можно установить на 20 кОм.

Соответствующий конденсатор C2 не обязательно влияет на работу C1, однако значение C2 не должно выходить за заданный предел. Значение C2, как показано на рисунке ниже, не следует понижать, хотя увеличение его значения выше этого может быть нормальным.

Частотный выход

Распиновка частоты IC внутренне сконфигурирована как транзистор с открытым коллектором, а это означает, что выходной каскад, подключенный к этому выводу, будет испытывать только понижающуюся характеристику напряжения / тока (низкий логический уровень) для предлагаемого преобразования напряжения в частоту.

Чтобы получить чередующийся логический отклик, а не только отклик «понижающийся ток» (низкий логический уровень) из этой распиновки, нам необходимо подключить внешний подтягивающий резистор с источником питания 5 В, как показано на второй диаграмме выше.

Это обеспечивает поочередно изменяющийся логический высокий / низкий отклик в этой распиновке для подключенного каскада внешней схемы.

Возможные применения

Описанная схема преобразователя напряжения в частоту может использоваться для многих конкретных приложений пользователя и может быть адаптирована для любых соответствующих требований. Одним из таких приложений может быть создание цифрового измерителя мощности для записи потребления электроэнергии для данной нагрузки.

Идея состоит в том, чтобы подключить резистор, чувствительный к току, последовательно с рассматриваемой нагрузкой, а затем интегрировать развивающийся ток на этом резисторе с описанной выше схемой преобразователя напряжения в частоту.

Поскольку ток, нарастающий на чувствительном резисторе, будет пропорционален потребляемой нагрузке, эти данные будут точно и пропорционально преобразованы в частоту с помощью описанной схемы.

Преобразование частоты может быть дополнительно интегрировано со схемой частотомера IC 4033 для получения цифровых откалиброванных показаний потребления нагрузки, и это может быть сохранено для будущей оценки.

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

2) Используя IC 4151

Следующая высокопроизводительная схема преобразователя частоты в напряжение построена на основе нескольких компонентов и схемы переключения на основе ИС. При значениях деталей, указанных на схеме, коэффициент преобразования достигается с линейной характеристикой прибл. 1%. При подаче входного напряжения от 0 до 10 В оно преобразуется в пропорциональную величину выходного напряжения прямоугольной формы от 0 до 10 кГц.

С помощью потенциометра P1 схему можно настроить так, чтобы входное напряжение 0 В генерировало выходную частоту 0 Гц. Компонентами, отвечающими за фиксацию частотного диапазона, являются резисторы R2, R3, R5, P1 вместе с конденсатором C2.

Применяя формулы, показанные ниже, отношение напряжения к частоте преобразования может быть изменено, чтобы схема работала очень хорошо для нескольких уникальных приложений.

При определении произведения T = 1.1.R3.C2 вы должны убедиться, что оно всегда меньше половины минимального периода вывода, то есть положительный выходной импульс всегда должен быть минимальным до тех пор, пока отрицательный импульс.