Перетворювач напруги в частоту за допомогою ad654

Перетворювач напруги в частоту (VFC) - це генератор, який видає квадратну хвилю, частота якої лінійно пропорційна вхідній напрузі. Вихідна квадратна хвиля може бути подана безпосередньо на цифровий штифт мікроконтролера для точного вимірювання вхідної напруги постійного струму, що означає, що вхідну напругу можна виміряти за допомогою 8051 або будь-якого іншого мікроконтролера, який не має вбудованого АЦП.

VFC часто помиляють з генератором з регульованим напругою (VCO), але VFC мають багато переваг і вдосконалених характеристик продуктивності, яких у (VCO) немає, як динамічний діапазон, низька похибка лінійності, стабільність при температурі та напрузі живлення та багато іншого. Навпаки, VFC - це також можливе значення перетворення частоти в напругу, що ми вже демонстрували в попередньому уроці.

Тут IC AD654 використовується в цій схемі для демонстрації роботи, яка являє собою монолітну напругу до перетворювача частоти. Осцилограф також використовується для відображення вихідної квадратної хвилі.

ІС AD654

AD654 - це мікросхема перетворювача напруги в частоту, яка постачається в 8-контактному DIP-пакеті. Він виготовлений з вхідного підсилювача, дуже точного вбудованого генератора та сильного струму з відкритим колектором, який дозволяє ІС управляти до 12 навантажень TTL, оптронів, довгих кабелів або подібних навантажень, і може працювати в між (5-30) Вольтами. Інша річ, яку слід згадати, полягає в тому, що, на відміну від інших мікросхем, мікросхема AD654 видає квадратну хвилю, тому мікроконтролер легко вимірює показання. Деякі з найцікавіших особливостей цього чіпа, перелічені нижче.

Особливості:

• Широка вхідна напруга ± 30 В
• Натурна частота до 500 кГц
• Високий вхідний опір 125 МОм,
• Низький дрейф (4 мкВ / ° C)
• 2,0 мА струм спокою
• Низький зсув 1 мВ
• Мінімальна вимога до зовнішніх компонентів

Потрібні компоненти

Сл	Частини	Тип	Кількість
1	AD654	IC	1
2	LM7805	Схема регулятора напруги	1
3	1000pF	Конденсатор	1
4	0,1 мкФ	Конденсатор	1
5	470uF, 25V	Конденсатор	1
6	10 тис., 1%	Резистор	4
7	Потенціометр, 10K	Змінний резистор	1
8	Блок живлення	12 В постійного струму	1
9	Однокаліберний дріт	Загальний	6
10	Макет	Загальний	1

Принципова схема

Принципова схема для схеми перетворювача напруги в частоту взята з таблиці даних, а деякі зовнішні компоненти були додані для модифікації схеми для цієї демонстрації

Ця схема побудована на безпаяній макетній панелі з компонентами, показаними на схемі, для демонстраційних цілей у вхідну секцію підсилювача додано потенціометр для зміни вхідної напруги, і разом з цим ми можемо спостерігати зміну вихідної напруги.

Примітка! Всі компоненти розміщені якомога ближче для зменшення індуктивності та опору паразитної ємності.

Як функціонує пристрій?

Внутрішній операційний підсилювач використовується як вхід, і він перетворює вхідну напругу в приводний струм для послідовника NPN, коли струм приводу 1 мА подається на струм до перетворювача частоти. Він заряджає зовнішній конденсатор синхронізації, і ця схема дозволяє генератору забезпечувати нелінійність у загальному діапазоні напруги від 100 нА до 2 мА. Цей вихід також надходить на вихідний драйвер, який є просто транзистором потужності NPN з відкритим колектором, з якого ми можемо отримати вихід

Розрахунки

Для теоретичного розрахунку вихідної частоти схеми можна використати таку формулу

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

Де,

• Fout - вихідна частота
• Vin - вхідна напруга ланцюга,
• Rt - резистор для RC-генератора
• Ct - конденсатор Rc-генератора

Наприклад,

• Vin становить 0,1 В або 100 мВ
• Rt становить 10000K або 10K
• Ct становить 0,001 мкФ або 1000 пФ

Fout = 0,1 / (10 * 10 * 0,001) Fout = 1 кГц

Отже, якщо на вхід схеми подається 0,1 В, ми отримаємо 1 кГц на виході

Перевірка перетворювача напруги в частоту

Для перевірки схеми використовуються такі інструменти

1. Блок живлення в режимі перемикання 12 В (SMPS)
2. Meco 108B + Мультиметр
3. Осцилограф USB для ПК Hantech 600BE

Для побудови схеми використовуються 1% металеві плівкові резистори, і допуск конденсаторів не враховується. Під час тестування температура в приміщенні становила 22 градуси Цельсія

Налаштування тесту

Як бачите, вхідна напруга постійного струму становить 11,73 В

А напруга на вхідному висновку ІС становить 104,8 мВ

Тут ви можете побачити вихід на моєму DSO 1,045 кГц.

Детальний відео робочої схеми наведено нижче, де кілька входів були дані, а частота змінюється в співвідношенні від вхідної напруги.

Подальше вдосконалення

Створюючи схему на друкованій платі, можна поліпшити стабільність, а також для підвищення точності можна використовувати резистори та конденсатори з допуском 0,5%. Найважливішою частиною цієї схеми є секція RC-генератора, тому RC-генератор повинен бути розміщений якомога ближче до вхідних висновків, інакше пускова ємність і опір слідів друкованої плати або компонент може знизити точність схеми.

Програми

Це дуже корисна ІС і може бути використана для багатьох додатків, деякі з них перераховані нижче

• AD654 VFC як АЦП
• Подвійник частоти
• Датчик температури з термопарою
• Вимірювач деформації
• Генератор функцій
• Точний годинник, що самозсувається

Сподіваюся, вам сподобалась ця стаття і ви дізналися з неї щось нове. Якщо у вас є сумніви, ви можете задати їх у коментарях нижче або скористатися нашими форумами для детального обговорення.