Převodník napětí na frekvenci pomocí ad654

Převodník napětí na frekvenci (VFC) je oscilátor, který vydává obdélníkovou vlnu, jejíž frekvence je lineárně úměrná jejímu vstupnímu napětí. Výstupní obdélníková vlna může být přímo přivedena na digitální pin mikrokontroléru pro přesné měření vstupního stejnosměrného napětí, což znamená, že vstupní napětí může být měřeno pomocí 8051 nebo jiného mikrokontroléru, který nemá žádný vestavěný ADC.

VFC se často mýlí s napěťově řízeným oscilátorem (VCO), ale VFC mají mnoho výhod a vylepšené výkonové specifikace, které (VCO) nemá, jako je dynamický rozsah, nízká chyba linearity, stabilita s teplotou a napájecím napětím a mnoho dalších. Naopak VFC je také možný převod z frekvence na napětí, což jsme si již ukázali v předchozím tutoriálu.

Zde se v tomto obvodu používá IC AD654 k předvedení operace, kterou je monolitické napětí na frekvenčním měniči. Osciloskop se také používá k zobrazení výstupní obdélníkové vlny.

IC AD654

AD654 je IC na měnič napětí na frekvenci a je dodáván v 8kolíkovém DIP balení. Je vyroben ze vstupního zesilovače, velmi přesného vestavěného oscilátoru a výstupního budiče s vysokým proudem s otevřeným kolektorem, který umožňuje IC řídit až 12 zátěží TTL, optočleny, dlouhé kabely nebo podobné zátěže a lze je provozovat v mezi (5-30) volty. Další věc, kterou je třeba zmínit, je, že na rozdíl od jiných integrovaných obvodů vydává IC AD654 čtvercovou vlnu, takže je pro mikrokontrolér měření naměřených hodnot snadné. Níže jsou uvedeny některé z nejzajímavějších funkcí tohoto čipu.

Funkce:

• Široké vstupní napětí ± 30 V.
• Plnohodnotná frekvence až 500 kHz
• Vysoká vstupní impedance 125MΩ,
• Nízký drift (4 µV / ° C)
• 2,0 mA klidový proud
• Nízký offset 1 mV
• Minimální požadavek na externí komponenty

Požadované komponenty

Sl. Č	Díly	Typ	Množství
1	AD654	IC	1
2	LM7805	IC regulátoru napětí	1
3	1 000 pF	Kondenzátor	1
4	0,1 μF	Kondenzátor	1
5	470uF, 25V	Kondenzátor	1
6	10 tis., 1%	Rezistor	4
7	Potenciometr, 10K	Variabilní rezistor	1
8	Napájecí jednotka	12V, DC	1
9	Single Gauge Wire	Obecný	6
10	Nepájivá deska	Obecný	1

Schematický diagram

Schéma tohoto obvodu převodníku napětí na frekvenci je převzato z datového listu a byly přidány některé externí součásti, aby se obvod upravil pro tuto demonstraci

Tento obvod je konstruován na nepájeném nepájivém poli s komponenty zobrazenými ve schématu, pro demonstrační účely je do vstupní části zesilovače přidán potenciometr pro změnu vstupního napětí as tím můžeme pozorovat změnu výstupu.

Poznámka! Všechny komponenty jsou umístěny co nejblíže ke snížení parazitní kapacitní indukčnosti a odporu.

Jak zařízení funguje?

Jako vstup se používá interní operační zesilovač, který slouží k převodu vstupního napětí na budicí proud sledovače NPN, když je na měnič kmitočtu poskytnut proud 1 mA na proud. Nabíjí externí časovací kondenzátor a toto schéma umožňuje oscilátoru poskytovat nelinearitu v celém rozsahu napětí 100 nA až 2 mA. Tento výstup jde také do výstupního ovladače, kterým je pouze výkonový tranzistor NPN s otevřeným kolektorem, ze kterého můžeme získat výstup

Výpočty

Pro teoretický výpočet výstupní frekvence obvodu lze použít následující vzorec

Fout = Vin / 10 * Rt * Ct

Kde,

• Fout je výstupní frekvence
• Vin je vstupní napětí obvodu,
• Rt je odpor RC oscilátoru
• Ct je kondenzátor pro Rc oscilátor

Například,

• Vin může být 0,1 V nebo 100 mV
• Rt je 10 000 000 nebo 10 000
• CT být 0.001uF nebo 1000pF

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

Pokud je tedy na vstup obvodu aplikováno 0,1 V, dostaneme na výstupu 1kHz

Testování měniče napětí na frekvenci

K testování obvodu se používají následující nástroje

1. 12V spínaný napájecí zdroj (SMPS)
2. Multimetr Meco 108B +
3. USB osciloskop Hantech 600BE

Pro konstrukci obvodu se používají 1% kovové filmové rezistory a tolerance kondenzátorů se nebere v úvahu. Teplota v místnosti byla během testování 22 stupňů Celsia

Vyzkoušejte nastavení

Jak vidíte, vstupní napětí DC je 11,73 V

A napětí na vstupním kolíku IC je 104,8 mV

Zde vidíte výstup na mém DSO je 1,045 kHz.

Níže je uvedeno podrobné video pracovního obvodu, kde bylo zadáno více vstupů a frekvence se změnila v poměru vstupního napětí.

Další vylepšení

Vytvořením obvodu na desce plošných spojů lze zlepšit stabilitu, ke zlepšení přesnosti lze použít také rezistory a kondenzátory s tolerancemi 0,5%. Nejdůležitější částí tohoto obvodu je část RC oscilátoru, takže RC oscilátor musí být umístěn co nejblíže ke vstupním pinům, jinak by počáteční kapacita a odpor stop PCB nebo součástka mohla snížit přesnost obvodu.

Aplikace

Jedná se o velmi užitečný integrovaný obvod a lze jej použít pro mnoho aplikací, z nichž některé jsou uvedeny níže

• AD654 VFC jako ADC
• Zdvojovač frekvence
• Teplotní senzor s termočlánkem
• Tenzometr
• Generátor funkcí
• Přesné hodiny s automatickým předpětím

Doufám, že se vám tento článek líbil a dozvěděli jste se z něj něco nového. Máte-li jakékoli pochybnosti, můžete se zeptat v níže uvedených komentářích nebo můžete použít naše fóra pro podrobnou diskusi.